§ 8. Tích của các độ đo
1. Giải thích độ đo tích như một tích phân các độ đo
Trong suốt tiết này, T và T' ký hiệu hai không gian địa phương compact, là một độ đo dương trên T, là một độ đo dương trên T', và là độ đo tích trên (Ch. III, §4, No. 1).
Với mọi , ánh xạ từ T' vào X là liên tục và thực sự. Gọi là ảnh của qua ánh xạ này; là một độ đo dương trên X, và nếu thì, ký hiệu bởi ánh xạ riêng phần , ta có
điều này cũng được biểu diễn bởi quan hệ .
Hơn nữa, ánh xạ là liên tục, có giá compact (Ch. III, §4, No. 1, Bổ đề 2), do đó ánh xạ từ T vào là liên tục mờ (và, a fortiori, -đo được mờ); do đó, họ các độ đo là -thích hợp (, No. 1, Mệnh đề 2a)). Tích phân của đối với độ đo theo định nghĩa là
(Ch. III, §4, No. 1, Định lý 2); do đó .
Tương tự, với mọi phần tử , gọi là ảnh của qua ánh xạ từ T vào X. Ánh xạ là -thích hợp và liên tục mờ, và . Ta sẽ cần các bổ đề sau:
Bổ đề 1
Với mọi hàm số xác định trên X,
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 2, V § 4
Được trích dẫn bởi Bài tập 7, § 8, Nhận xét, Mệnh đề 11, Mệnh đề 5
Vì là một ánh xạ liên tục và thực sự, điều này suy ra từ Mệnh đề 2 của §4, No. 2.
Bổ đề 2
Cho là một ánh xạ từ vào một không gian tôpô. Để là -đo được, điều kiện cần và đủ là là -đo được. Đây là một hệ quả của Mệnh đề 3 của §6, No. 2.
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 3, V § 6
Bổ đề 3
Cho là một hàm xác định trên , nhận giá trị trong hoặc trong một không gian Banach. Để là -khả tích, điều kiện cần và đủ là là -khả tích, và khi đó
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Định lý 2, V § 4
Điều này suy ra từ Định lý 2 của §4, No. 4, khi xét đến việc là liên tục và thực sự.
Nhận xét
Bổ đề 1,2,3 có thể được chứng minh rất đơn giản mà không cần dùng đến các kết quả của §§4 và 6, bằng một lập luận trực tiếp. Chẳng hạn, quan hệ (2) là hiển nhiên theo định nghĩa nếu . Nếu là nửa liên tục dưới trên , chỉ cần nhận xét rằng là bao trên của các hàm , trong đó chạy qua tập hợp các hàm thuộc sao cho . Cuối cùng, với tùy ý, ta nhận thấy rằng nếu là nửa liên tục dưới trên , thì là nửa liên tục dưới trên ; và ngược lại, nếu là nửa liên tục dưới trên và sao cho với mọi , thì hàm sao cho , với , là nửa liên tục dưới trên và thỏa mãn . Một khi Bổ đề 1 được chứng minh, từ đó suy ra rằng tập hợp là -không đáng kể, và khi đó rất dễ chứng minh các Bổ đề 2 và 3.
Quan hệ (3) cho phép ký hiệu hai vế của nó bằng mà không có nguy cơ nhầm lẫn. Các kết quả tương tự hiển nhiên đúng đối với các độ đo .
Thay vì các ký hiệu
ta sẽ dùng các ký hiệu
phù hợp với các ký hiệu đã được chấp nhận trong Ch. III, §4, No. 1.
Cách hiểu độ đo như một tích phân sẽ cho phép chúng ta chuyển các kết quả của §3 sang ngôn ngữ của các độ đo tích. Mặt khác, độ đo được mang bởi , do đó tích phân này xác định một phân tích của thành các lát, liên quan đến phép chiếu của lên (§6, No. 6). Trước khi đưa ra danh sách các kết quả thu được như vậy, đây là một tính chất hữu ích:
Trích dẫn đến 3
Trích dẫn đến Bổ đề 1, III § 4. Tích của các độ đo, V § 6. Ảnh của một độ đo
Mệnh đề 1
— Cho (tương ứng ) là một họ các độ đo dương tổng được trên T (tương ứng trên T'), với tổng được ký hiệu bởi (tương ứng bởi ). Khi đó họ là tổng được trên , và
Các tính chất này là hiển nhiên khi A và B là hữu hạn. Suy ra rằng nếu (tương ứng ) là một tập con hữu hạn của A (tương ứng của B), thì
Do đó họ là tổng được. Để chỉ ra rằng hai vế của (4) bằng nhau, chỉ cần chứng minh rằng vế thứ hai thỏa mãn tính chất đặc trưng của các độ đo tích (Ch. III, §4, No. 1, Định lý 1), điều này được chỉ ra bởi phép tính sau.
Cho là một phần tử của , là một phần tử của ; nhắc lại rằng ký hiệu hàm trên , thuộc (A, II, §7, No. 7). Khi đó, theo định nghĩa của các độ đo tích,
2. Các hàm đo được đối với một tích của hai độ đo
Mệnh đề 2
— Cho là một hàm -đo được xác định trên , với các giá trị trong một không gian tôpô G, và cho M là tập hợp các sao cho ánh xạ không -đo được.
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 2, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2, Mệnh đề 4, V § 3, Mệnh đề 3, III § 4
Được trích dẫn bởi § 8. Tích của các độ đo, Hệ quả, Mệnh đề 10, Mệnh đề 11
a) Nếu là hằng trên phần bù của một tập con -được điều hòa của , thì M là -không đáng kể.
b) Nếu được điều hòa, thì M là -không đáng kể.
Mệnh đề a) suy ra từ Mệnh đề 4b) của §3, No. 2 và các nhận xét của No. 1. Để xử lý b), chú ý rằng là tổng của một dãy các độ đo bị chặn (§2, No. 3, Mệnh đề 4); là đo được đối với , và tập hợp là hợp của các tập hợp liên kết với các độ đo (§ 2, No. 2, Mệnh đề 2). Do đó ta quy về trường hợp bị chặn, điều này suy ra từ Mệnh đề 4c) của § 3, No. 2.
Mệnh đề này mở rộng ngay lập tức đến các độ đo phức (Ch. III, § 4, No. 2, Mệnh đề 3).
Hệ quả
— *Cho A là một tập con -đo được của , và cho M là tập hợp các sao cho tiết diện của A tại t không -đo được.
Trích dẫn đến 2
Trích dẫn đến Hệ quả, V § 5, Mệnh đề 2
a) Nếu A là -được điều hòa, thì M là -không đáng kể.
b) Nếu phép chiếu của A trên là -được điều hòa, thì M là -không đáng kể địa phương.
Mệnh đề a) suy ra ngay lập tức từ Mệnh đề 2. Để chứng minh b), ký hiệu B là một tập hợp, hợp của một dãy các tập mở -tích phân được trong , chứa phép chiếu của A trên , và ký hiệu là độ đo được điều hòa ; vì A là đo được đối với , Mệnh đề 2 suy ra rằng là -đo được, ngoại trừ các tạo thành một tập hợp -không đáng kể địa phương. Nhưng vì , việc nói rằng là -đo được tương đương với việc nói rằng là -đo được (§ 5, No. 3, Hệ quả của Mệnh đề 4).
Mệnh đề 3
— *Cho f là một ánh xạ từ T vào một không gian tôpô F. Nếu f là -đo được, thì ánh xạ là -đo được. Ngược lại, nếu , và nếu ánh xạ này là -đo được, thì hàm f là -đo được.
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 10, V § 6, Hệ quả 1, V § 6, Mệnh đề 3, V § 6, Mệnh đề 3, III § 4
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 10, Hệ quả 1, Mệnh đề 4
Mệnh đề đầu tiên suy ra từ Hệ quả 1 của Mệnh đề 10 của § 6, No. 6. Giả sử rằng , ký hiệu là một độ đo khác không có giá compact bị chặn trên bởi , ký hiệu là độ đo , và đặt . Khi đó phép chiếu của lên T là -thực sự, và độ đo ảnh bằng (§ 6, No. 6, Mệnh đề 10). Nếu là -đo được, thì nó cũng -đo được, do đó đo được đối với độ đo (§ 6, No. 2, Mệnh đề 3), do đó có kết quả vì .
Mệnh đề trên mở rộng ngay lập tức sang các độ đo phức (Ch. III, § 4, No. 2, Mệnh đề 3), cũng như các hệ quả sau đây.
Hệ quả 1
— *Cho F, F' và G là ba không gian tôpô, và cho u là một ánh xạ liên tục từ vào G. Cho f (resp. ) là một hàm xác định trên T (resp. ), nhận giá trị trong F (resp. ) và đo được đối với (resp. ). Khi đó hàm đo được đối với .
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến IV § 5. Hàm và tập hợp đo được, Mệnh đề 3, Định lý 1 (Lebesgue–Fubini)
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 11, Hệ quả 2, Hệ quả 3, Mệnh đề 9
Các ánh xạ , là -đo được theo Mệnh đề 3, nên điều này suy ra từ Định lý 1 của Ch. IV, § 5, No. 3.
Hệ quả 2
— Nếu và là đo được (lần lượt đối với và ), thì đo được đối với . Điều này suy ra ngay lập tức từ Hệ quả 1.
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Hệ quả 1
Hệ quả 3
— *Xét hai hàm số dương (resp. nhận giá trị phức) xác định trên và xác định trên . Nếu các hàm này lần lượt đo được đối với và , thì hàm
đo được đối với .
Trường hợp các hàm phức, hoặc các hàm thực hữu hạn, là một hệ quả ngay lập tức của Hệ quả 1. Để xét trường hợp các hàm số dương, với mỗi số nguyên ta đặt , , và ta có (với quy ước thông thường ) , do đó có kết quả.
Mệnh đề 4
— *Cho là một tập con của . Nếu là địa phương -không đáng kể, thì là địa phương -không đáng kể. Ngược lại, nếu là địa phương -không đáng kể và nếu , thì là địa phương -không đáng kể.
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Hệ quả 1, V § 6, Mệnh đề 3, Mệnh đề 3, III § 4
Được trích dẫn bởi Hệ quả, Hệ quả 3, Mệnh đề 9, VI § 2. Các độ đo vectơ, Ví dụ, VI § 3, Bổ đề 9, VII § 3
Mệnh đề đầu tiên suy ra từ Hệ quả 1 của Mệnh đề 10 của §6, No. 6. Để thiết lập mệnh đề thứ hai, ta lấy lại các ký hiệu trong chứng minh của Mệnh đề 3; là địa phương không đáng kể đối với độ đo , do đó là địa phương không đáng kể đối với (§ 6, No. 2, Hệ quả của Mệnh đề 2), do đó có kết quả vì .
Mệnh đề trên lập tức mở rộng đến tích của hai độ đo phức (Ch. III, §4, No. 2, Mệnh đề 3), cũng như hệ quả sau đây.
Hệ quả
— *Nếu độ đo (resp. ) tập trung trên (resp. ), thì tập trung trên .
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 4
Thật vậy, là hợp của các tập hợp và , là các tập hợp địa phương không đáng kể đối với theo Mệnh đề 4.
3. Tích phân các hàm dương
Nhắc lại rằng ta đã quy ước định nghĩa tích bằng 0. Quy ước này đặc biệt dẫn đến hệ quả sau: nếu là một hàm số được xác định trên một không gian địa phương compact được trang bị một độ đo dương , thì với mọi hằng sao cho . Điều này hiển nhiên nếu ; nếu , thì hoặc tùy theo là -không đáng kể hay không; cuối cùng, nếu , ta biết rằng .
Mệnh đề 5
— Cho là một hàm số , nửa liên tục dưới trên . Khi đó, hàm
là nửa liên tục dưới trên , và
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Mệnh đề 2, V § 3, Bổ đề 1
Được trích dẫn bởi Hệ quả 1, Mệnh đề 7, VIII § 1
Đây là một hệ quả của Mệnh đề 2 của §3, No. 1, có tính đến Bổ đề 1 của No. 1.
Hệ quả 1
— Cho (resp. ) là một hàm nửa liên tục dưới được xác định trên (resp. ); hàm khi đó là nửa liên tục dưới trên , và
Cho (resp. ) là tập hợp các hàm (resp. ) sao cho (resp. ); khi đó
Vì các hàm thuộc , nên thực sự là nửa liên tục dưới, và (6) suy ra ngay từ Mệnh đề 5 (hoặc trực tiếp bằng cách lấy giới hạn trong công thức trước đó).
Hệ quả 2
— Cho là một tập con -vừa phải của , và là một tập con -vừa phải của ; khi đó là -vừa phải trong .
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 5, V § 1, Hệ quả 1
Theo định nghĩa của tập vừa phải (§1, No. 2, Mệnh đề 5), chỉ cần chứng minh rằng nếu là một tập mở khả tích trong , và là một tập mở khả tích trong , thì tập mở là khả tích. Điều này suy ra ngay từ Hệ quả 1.
Hệ quả 3
— Cho là một tập con -không đáng kể của , và cho là một tập con -vừa phải của ; khi đó là -không đáng kể.
Trích dẫn đến 4
Trích dẫn đến Hệ quả 1, V § 1, Mệnh đề 4, Hệ quả 2, Mệnh đề 3, III § 4
Thật vậy, là -không đáng kể địa phương (Mệnh đề 4) và -vừa phải (Hệ quả 2), do đó nó là -không đáng kể (§1, No. 2, Hệ quả 1 của Mệnh đề 7).
Hệ quả 2 và 3 có thể được mở rộng cho tích của hai độ đo phức, bằng cách áp dụng mệnh đề đó cho các biến phân toàn phần của chúng (Chương III, §4, No. 2, Mệnh đề 3).
Mệnh đề 6
— Cho là một hàm số xác định trên . Khi đó
Trích dẫn đến 1 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Mệnh đề 3, V § 3
Điều này suy ra từ Mệnh đề 3 của §3, No. 2, có lưu ý đến (2).
Mệnh đề 7
— Cho là một hàm số dương -đo được xác định trên .
Trích dẫn đến 4 · Được trích dẫn bởi 6
Trích dẫn đến Mệnh đề 4, V § 2, Mệnh đề 5, V § 3, Mệnh đề 1, V § 2, Mệnh đề 1
Được trích dẫn bởi Chú giải, Hệ quả 1, Mệnh đề 8, Bổ đề 1, VIII § 4, Ví dụ, VIII § 4, Mệnh đề 1, VIII § 4
a) Nếu là -vừa phải, thì các hàm , là đo được và vừa phải đối với và , tương ứng, và
b) Nếu độ đo là vừa phải, thì hàm là -đo được, và
Mệnh đề a), cũng như mệnh đề b) khi bị chặn, là những hệ quả của Mệnh đề 5 của §3, No. 2. Để xét trường hợp vừa phải, ta biểu diễn thành một tổng của một dãy các độ đo bị chặn (§ 2, No. 3, Mệnh đề 4). Khi đó hàm là -đo được, và
Hệ quả 1
— Cho là một tập con của , và cho là tập hợp các sao cho tiết diện của tại không -không đáng kể.
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 7, V § 1, Mệnh đề 6, Mệnh đề 7
Được trích dẫn bởi Định lý 1 (Lebesgue–Fubini)
a) Nếu là -không đáng kể thì là -không đáng kể.
b) Nếu là địa phương -không đáng kể và là điều hòa, thì là địa phương -không đáng kể.
Tính chất a) suy ra ngay lập tức từ Mệnh đề 7 (hoặc từ Mệnh đề 6). Dưới các giả thiết của b), nói rằng là địa phương μ′-không đáng kể cũng như nói rằng nó là μ′-không đáng kể là tương đương, vì μ′ là điều hòa (§1, No. 2, Mệnh đề 7). Do đó tính chất b) suy ra từ công thức (8).
Hệ quả này suy ra ngay lập tức, bằng cách chuyển sang các giá trị tuyệt đối, cho tích của hai độ đo phức. Điều tương tự cũng đúng đối với hệ quả sau:
Hệ quả 2
— Nếu một tập hợp là ν-khả tích, thì tiết diện của tại là μ′-khả tích với hầu khắp mọi , hàm *là μ-khả tích, và
Được trích dẫn bởi 2
Được trích dẫn bởi § 8. Tích của các độ đo, Bài tập 3, § 8
Mệnh đề 8
— Với mỗi cặp hàm số , xác định lần lượt trên và , *ta có
Trích dẫn đến 5 · Được trích dẫn bởi 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 6, Định nghĩa 3, IV § 1, Mệnh đề 7, Mệnh đề 1, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 10, Mệnh đề 11, Hệ quả 1, Mệnh đề 9
Ta bắt đầu bằng cách xét trường hợp và là các độ đo có giá compact; khi đó cũng có tính chất này, và tất cả các ký hiệu , có thể được thay bằng các tích phân trên. Theo Mệnh đề 6,
Để thiết lập bất đẳng thức ngược lại, ta chọn một hàm (resp. ), là bao dưới của một dãy (resp. ) các hàm nửa liên tục dưới, sao cho
(resp. ); sự tồn tại của các hàm như vậy suy ra ngay lập tức từ định nghĩa tích phân trên (Ch. IV, §1, No. 3, Def. 3) và định lý Lebesgue. Áp dụng Mệnh đề 7 cho hàm đo được , ta có
đó chính là bất đẳng thức cần tìm. Do đó mệnh đề được chứng minh khi và là các độ đo có giá compact. Để xét trường hợp tổng quát, chỉ cần biểu diễn (resp. ) dưới dạng tổng của một họ (resp. ) các độ đo có giá compact (§ 2, No. 3, Mệnh đề 4), viết công thức (10) cho mỗi độ đo , rồi lấy tổng theo , có tính đến Mệnh đề 1 (§ 2, No. 2, Mệnh đề 1).
Hệ quả 1
Với các ký hiệu như trong Mệnh đề 8,
Trích dẫn đến 4
Trích dẫn đến Mệnh đề 8, Mệnh đề 7, V § 1, Hệ quả 2, Mệnh đề 6
trừ trường hợp có thể xảy ra khi một trong các thừa số của vế thứ hai bằng 0 và thừa số kia bằng .
Khi hai thừa số của vế thứ hai là hữu hạn, các hàm và là vừa phải (§ 1, No. 2, Prop. 7), do đó hàm là vừa phải (Cor. 2 of Prop. 5); vì thế đẳng thức trên quy về công thức (10) (§ 1, No. 2, Prop. 7). Khi một trong các thừa số của vế thứ hai có giá trị và thừa số kia khác không, thì vế thứ hai có giá trị , và đẳng thức trên suy ra từ Prop. 6.
Hệ quả 2
Cho và là hai hàm nhận giá trị trong hoặc trong , được xác định tương ứng trên và , và khả tích cốt yếu (tương ứng, khả tích) đối với các độ đo và , tương ứng. Khi đó hàm là khả tích cốt yếu (tương ứng, khả tích) đối với độ đo , và
Trích dẫn đến 3 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Định lý 5, IV § 5, Mệnh đề 9, V § 1, Hệ quả 3
Được trích dẫn bởi Mệnh đề 10, Mệnh đề 11, Mệnh đề 12
Khi và dương, là đo được theo Cor. 3 of Prop. 3, và mệnh đề suy ra từ công thức (10) (tương ứng, (11)) và tiêu chuẩn khả tích cốt yếu (§ 1, No. 3, Prop. 9) (tương ứng, tiêu chuẩn khả tích của Ch. IV, § 5, No. 6, Th. 5). Trường hợp tổng quát khi đó suy ra ngay lập tức.
Hệ quả 2 mở rộng ngay cho tích của hai độ đo phức.
4. Tích phân các hàm nhận giá trị trong một không gian Banach
Định lý 1 (Lebesgue–Fubini)
— *Cho là một hàm được xác định trên , nhận giá trị trong một không gian Banach hoặc trong ; gọi là tập hợp các sao cho hàm không -khả tích.
Trích dẫn đến 2 · Được trích dẫn bởi 3
Trích dẫn đến Định lý 1, V § 3, Hệ quả 1
Được trích dẫn bởi Chú giải, Hệ quả 1, Mệnh đề 2, VI § 1
a) Giả sử rằng là -khả tích; khi đó là -không đáng kể, hàm (được xác định với ) là -khả tích, và*
b) Giả sử rằng là khả tích cốt yếu đối với , và độ đo là vừa phải; khi đó là địa phương -không đáng kể, hàm (được xác định với ) là khả tích cốt yếu đối với , và (13) đúng.
Mệnh đề a) suy ra ngay từ Th. 1 of §3, No. 3. Để thiết lập b), ký hiệu là một hàm -khả tích bằng địa phương hầu khắp nơi, và là tập hợp các sao cho . Theo Cor. 1 of Prop. 7, tiết diện là -không đáng kể, trừ phi thuộc một tập địa phương -không đáng kể. Khi đó kết quả liên quan đến có thể suy ra từ mệnh đề a) áp dụng cho .
Chú giải
— *Cho là một hàm được xác định trên , nhận giá trị trong hoặc trong một không gian Banach, là -đo được và -vừa phải. Đối với ba tích phân
tồn tại và bằng nhau, điều kiện cần và đủ là một trong hai số
là hữu hạn.
Đây là một hệ quả ngay lập tức của Định lý 1, Mệnh đề 7 và tiêu chuẩn khả tích (Ch. IV, §5, No. 6, Định lý 5).
Trích dẫn đến 3
Trích dẫn đến Định lý 5, IV § 5, Mệnh đề 7, Định lý 1 (Lebesgue–Fubini)
Nhận xét
— 1) Khi độ đo không ôn hòa, có thể xảy ra trường hợp là khả tích thiết yếu theo và hàm lại không khả tích thiết yếu theo với bất kỳ giá trị nào của (§3, Exer. 4).
2) Cho và là hai độ đo phức, và đặt . Nếu là khả tích theo (nói cách khác, khả tích theo ), thì áp dụng định lý cho các độ đo và , mà tích của chúng là (Ch. III, §4, No. 2, Mệnh đề 3), suy ra rằng là khả tích theo với -hầu khắp mọi . Từ đó suy ra, bằng cách phân tích các độ đo và thành một tổ hợp tuyến tính của các độ đo dương, rằng mệnh đề ở a) mở rộng được cho các độ đo phức. Ta cũng có thể lập luận tương tự cho b).
Trích dẫn đến 1
Trích dẫn đến Mệnh đề 3, III § 4
Mệnh đề 9
Cho , và là ba không gian Banach, và cho là một ánh xạ song tuyến tính liên tục từ vào . Cho (tương ứng ) là một hàm xác định trên (tương ứng ) nhận giá trị trong (tương ứng ) và khả tích thiết yếu theo (tương ứng ). Đặt là hàm ; khi đó khả tích thiết yếu theo , và
Trích dẫn đến 7
Trích dẫn đến Hệ quả 1, Định lý 1, IV § 4, Hệ quả, V § 1, Mệnh đề 9, V § 1, Mệnh đề 4, Hệ quả 2, Mệnh đề 8
Nếu hơn nữa và khả tích, thì khả tích.
Hàm là -đo được theo Hệ quả 1 của Mệnh đề 3. Mặt khác, nếu ký hiệu chuẩn của ánh xạ song tuyến tính , thì
theo Mệnh đề 8. Điều này cho thấy rằng là khả tích thiết yếu đối với (§ 1, No. 3, Mệnh đề 9). Giả sử rằng và khả tích: khi đó và là điều hòa, và là điều hòa (Hệ quả 2 của Mệnh đề 5), do đó khả tích (§ 1, No. 3, Hệ quả của Mệnh đề 9). Trong trường hợp này công thức (14) suy ra từ định lý Lebesgue–Fubini và tính tuyến tính của tích phân (Ch. IV, § 4, No. 2, Định lý 1). Để hoàn tất việc xét trường hợp và là khả tích thiết yếu, khi đó áp dụng (14) cho hai hàm khả tích và , bằng với và hầu khắp nơi địa phương, khi nhận thấy rằng hầu khắp nơi địa phương trong (Mệnh đề 4).
Kết quả này mở rộng cho tích của các độ đo phức.
5. Các phép toán trên tích của hai độ đo
Mệnh đề 10
— Cho (resp. ) là một hàm phức (hoặc một hàm nhận giá trị trong ) xác định trên (resp. ). a) Nếu (resp. ) khả tích địa phương đối với (resp. ), thì hàm khả tích địa phương đối với , và
b) Ngược lại, nếu khả tích địa phương theo , và nếu không -không đáng kể địa phương, thì khả tích địa phương theo .
Trích dẫn đến 8 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Định lý 1, III § 4, Hệ quả 2, Mệnh đề 2, Mệnh đề 2, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2, Mệnh đề 8, III § 4. Tích của các độ đo, Mệnh đề 3
Được trích dẫn bởi VI § 2. Các độ đo vectơ, Mệnh đề 1, VIII § 4
a) Cho và là hai tập hợp compact của và , tương ứng; Hệ quả 2 của Mệnh đề 8 cho thấy rằng hàm , bằng với , là -khả tích. Do đó, là -khả tích địa phương. Khi đó người ta kiểm tra ngay lập tức rằng vế thứ hai của (15) thỏa mãn tính chất đặc trưng của các độ đo tích (Ch. III, § 4, No. 1, Định lý 1).
b) Bây giờ giả sử rằng là -khả tích địa phương, và rằng không -không đáng kể địa phương. Cho là một độ đo dương có giá compact sao cho ; do là -đo được, là -đo được trừ ra một tập hợp các giá trị của là -không đáng kể địa phương (Mệnh đề 2).
Vì không bằng không địa phương -gần khắp nơi, từ đó ta suy ra rằng là -đo được, rồi -đo được bằng cách phân tích thành tổng của một họ các độ đo có giá compact (§ 2, No. 3, Prop. 4 và § 2, No. 2, Prop. 2). Sau khi đã thiết lập điểm này, ta có thể rút gọn về trường hợp và đều , bằng cách thay và lần lượt bởi các giá trị tuyệt đối của chúng nếu cần. Cho là một tập con compact bất kỳ của , và cho là một tập con compact của sao cho . Theo Prop. 8,
Do đó nhân tử thứ nhất của vế thứ nhất là hữu hạn, và điều này hoàn tất chứng minh.
Mệnh đề này mở rộng sang các độ đo phức, nhờ Prop. 3 của Ch. III, § 4, No. 2.
Mệnh đề 11
Cho (resp. ) là một ánh xạ từ (resp. ) vào một không gian compact địa phương (resp. ).
Trích dẫn đến 11 · Được trích dẫn bởi 2
Trích dẫn đến Hệ quả 1, Hệ quả 2, Định lý 1, III § 4, Mệnh đề 2, III § 4. Tích của các độ đo, Mệnh đề 2, V § 2, Mệnh đề 4, V § 2, Hệ quả 1, V § 6, Bổ đề 1, Mệnh đề 2, V § 6, Mệnh đề 8
Được trích dẫn bởi § 8. Tích của các độ đo, Mệnh đề 1, VIII § 1
a) Nếu (resp. ) là -thực sự (resp. -thực sự), thì ánh xạ là -thực sự và .
b) Ngược lại, nếu là -thực sự và , thì là -thực sự.
a) Thật vậy, là -đo được theo Hệ quả 1 của Prop. 3 của No. 2. Mặt khác, nếu (resp. ) là một tập con compact của (resp. ), thì và lần lượt khả tích thiết yếu đối với và , do đó khả tích thiết yếu đối với (Hệ quả 2 của Prop. 8). Điều này chứng minh rằng là -thực sự. Bây giờ đặt , , ; với và , ta có
(Hệ quả 2 của Prop. 8), điều này chứng minh rằng (Ch. III, § 4, No. 1, Th. 1).
b) Bây giờ giả sử rằng là -thực sự và . Gọi là một độ đo có giá compact. Vì hàm đo được đối với , ánh xạ là -đo được trừ ra đối với các tạo thành một tập địa phương -không đáng kể (No. 2, Mệnh đề 2). Vì , suy ra là -đo được, và cuối cùng là -đo được
(§2, No. 3, Mệnh đề 4 và §2, No. 2, Mệnh đề 2). Còn phải chứng minh rằng với mọi hàm . Nếu bằng không, tính chất này là hiển nhiên. Nếu khác không, thì cũng khác không, do đó (§6, No. 2, Hệ quả 1 của Mệnh đề 2). Theo Bổ đề 1 của Ch. III, §4, No. 1, tồn tại hai hàm , sao cho
Biểu thức này bằng theo định nghĩa của độ đo ảnh, Mệnh đề 8 suy ra rằng . Khi đó ta có, theo Mệnh đề 8 và theo Mệnh đề 2 của §6, No. 2,
Vậy tích phân thứ nhất ở vế thứ nhất là hữu hạn, điều này hoàn tất chứng minh.
Kết quả này mở rộng ngay được cho tích của hai độ đo phức (áp dụng mệnh đề cho các trị tuyệt đối của chúng). Điều tương tự cũng đúng cho mệnh đề sau đây.
Mệnh đề 12
— Cho X (tương ứng X') là một không gian con compact địa phương của T (tương ứng của T'). Khi đó độ đo cảm sinh trên không gian con compact địa phương của bằng tích của các độ đo cảm sinh trên X và X' bởi và , tương ứng.
Trích dẫn đến 3
Trích dẫn đến IV § 5. Hàm và tập hợp đo được, Hệ quả 2, Định lý 1, III § 4
Thật vậy, nếu và , thì
theo Hệ quả 2 của Mệnh đề 8, điều này chứng minh, theo định nghĩa của các độ đo cảm sinh (Ch. IV, §5, No. 7), rằng
(Ch. III, §4, No. 1, Định lý 1).
6. Tích phân đối với một tích hữu hạn các độ đo
Các kết quả trước có thể được mở rộng không khó khăn sang tích của một số hữu hạn độ đo. Chẳng hạn, cho là ba không gian compact địa phương, là một độ đo dương trên (), và gọi ν = μ₁ ⊗ μ₂ ⊗ μ₃ là độ đo tích trên T = T₁ × T₂ × T₃. Gọi f là một hàm ν-khả tích nhận giá trị trong hoặc trong một không gian Banach; một áp dụng thứ nhất của định lý Lebesgue–Fubini cho thấy rằng, trừ tại các điểm tạo thành một tập không đáng kể (đối với ), hàm là -khả tích, hàm
được xác định hầu khắp nơi trong , là -khả tích, và
Một áp dụng thứ hai của cùng định lý cho thấy rằng, với hầu hết mọi , hàm được xác định hầu khắp nơi trong và là -khả tích; hơn nữa, hàm
được xác định hầu khắp nơi trong , là -khả tích, và
Ta chứng minh tương tự rằng, với hầu hết mọi , hàm là -khả tích, rằng hàm
được xác định hầu khắp nơi, là -khả tích, và rằng
Chúng tôi để cho người đọc việc khái quát hóa theo cùng cách các kết quả khác đã được chứng minh ở trên cho tích của hai độ đo.
7. Ứng dụng: Độ đo của quả cầu Euclid trong
Cho là độ đo Lebesgue trên , và là độ đo Lebesgue trên , tích của thừa số đều bằng . Ta sẽ tính độ đo của quả cầu đơn vị Euclid. Theo Hệ quả 2 của Mệnh đề 7,
Bây giờ, tiết diện là tập con của được xác định bởi quan hệ , nói cách khác, nó là biến đổi của quả cầu bởi phép vị tự với tỷ số . Nhưng từ Mệnh đề 11 và công thức
với , suy ra ngay lập tức rằng ảnh của dưới phép vị tự là độ đo . Do đó
Thế vào (16), và thực hiện phép đổi biến (với ), ta được
Nhưng (FRV, Ch. VII, §1, No. 3, công thức (20))
và khi thế vào hệ thức (17) và chú ý đến biểu thức của (FRV, VII, §1, No. 3, công thức (21)), cuối cùng ta thu được
Bài tập
Bài tập
Xem các bài tập của § 8.