Bourbaki

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§ 5。可测量函数和集合

1. 可测量的函数和集合的定义

定义 1 08UC

令XX为局部紧凑空间,μ\mu为XX的测度。 A mapping ff of XX into a topological space FF is said to be measurable for the measure μ\mu (or to be μ\mu-measurable) if, for every compact subset KK of XX, there exist a μ\mu-negligible set N⊂KN \subset K and a partition of K−NK - N formed by a sequence (finite or infinite) (Kn)(K_n) of compact sets, such that the restriction of ff to each KnK_n is continuous.

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 V § 5. 。由数值密度定义的度量

被以下引用 定义 2, 命题 15

显然,XX到FF的每个连续映射都是可测的。

注如果 μ\mu 和 ν\nu 是 XX 上的两个测度,使得每个 μ\mu 可忽略的集合都是 ν\nu 可忽略的,那么 每个 μ\mu 可测的函数也是ν\nu-可测量(cf. V, §5 章,第 5、6 号)。

定义1可以转化为以下准则:

命题 1 08UD

为了使XX到FF的映射ff可测量,对于每个紧集K⊂XK \subset X和每个数ε>0\varepsilon > 0,存在紧集K1⊂KK_1 \subset K是必要且充分的,使得ff到K1K_1的∣μ∣(K−K1)≤ε|\mu|(K - K_1) \leq \varepsilon和限制是连续的。

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 推论, IV § 4, 定理 4

被以下引用 推论 1, 推论 2

如果满足这个条件,我们可以递归地对不相交的紧集Kn⊂KK_n \subset K进行定义递归序列,使得∣μ∣(K−⋃i=1nKi)≤1/n|\mu|(K - \bigcup_{i=1}^n K_i) \leq 1/n并且ff的限制对于每个KnK_n是连续的(§4§ 4、No. 6、第 4 个); KnK_n相对于并的KK的补集可以忽略不计(§4§ 4,No. 5,Prop.7的Cor.),因此ff是可测的。相反,假设存在由紧集组成的K−NK - N的可忽略不计的集合N⊂KN \subset K和划分(Kn)(K_n),使得ff的限制对每个KnK_n是连续的;对于每一个ε>0\varepsilon > 0,都存在整数nn,这样,如果H=⋃i=1nKiH = \bigcup_{i=1}^n K_i,则∣μ∣(K−H)≤ε|\mu|(K - H) \leq \varepsilon(§ 4, No. 5,第7号提案的Cor.); 集合HH是紧致的,HH的KiK_i(1≤i≤n1 \leq i \leq n)形式到紧集的有限划分,ff到每个KiK_i的限制是连续的;因此ff到HH的限制是连续的。

命题 2 08UE

让*(Fn)(F_n)*成为拓扑空间的序列,并且对于每个*nn,*让*fnf_n*成为*XX*到*FnF_n的可测量映射。 对于每个紧集K⊂XK \subset X*和每个*ε>0\varepsilon > 0,*存在紧集*K0⊂KK_0 \subset K*使得*∣μ∣(K−K0)≤ε|\mu|(K - K_0) \leq \varepsilon*和限制到*K0K_0*每个函数*fnf_n*是连续的*。

被以下引用 4

被以下引用 命题 11, 定理 1, 定理 2(叶戈罗夫), 命题 13, VI § 1

对于每个整数n≥1n \geq 1,都存在紧集Kn⊂KK_n \subset K,使得fnf_n到KnK_n的∣μ∣(K−Kn)≤ε/2n|\mu|(K - K_n) \leq \varepsilon / 2^n和限制是连续的。 集合K0=⋂n=1∞KnK_0 = \bigcap_{n=1}^\infty K_n是紧致的,函数fnf_n中的限制到K0K_0是连续的,并且由于K−K0K - K_0包含在K−KnK - K_n、∣μ∣(K−K0)≤∑n=1∞ε/2n=ε|\mu|(K - K_0) \leq \sum_{n=1}^\infty \varepsilon / 2^n = \varepsilon的并中。

定义 2 08UF

子集* AA of XX 如果其特征函数 φA\varphi_A 可测量,则称其为可测量。

引用了 1

引用了 定义 1

鉴于Def。 1,同样可以说,可测量的集合AA是集合,这样,对于每个紧集KK,都存在可忽略不计的集合N⊂KN \subset K和划分(Kn)(K_n) K−NK - N由紧集的序列组成,其中每个都包含在K∩AK \cap A或K∩∁AK \cap \complement A中。

这个定义立即产生以下标准:

命题 3 08UG

对于集合* AA 可测量,对于每个紧集 KK,A∩KA \cap K 可积是充分必要的。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 推论, IV § 4, 推论 2, IV § 4

被以下引用 定义 7, 引理 1, 推论 2

条件是必要的,因为当∑n∣μ∣(An)\sum_n |\mu|(A_n)有限时,可积的集合AnA_n的序列的并是可积的(§ 4, No. 5,Prop.8的Cor.)。 条件是足够的,因为对于每个可积集合 BB,存在可忽略不计的集合 N⊂BN \subset B 和划分 B−NB - N 到序列紧集 (§ 4, No. 6,第 4 章第 2 条)。

推论 1 08UH

开放集合和封闭集合是可测量的*。

特别是,整个空间XX是可测量的。

推论 2 08UI

— 如果 X 可度量,则 X (GT, IX, §6, No. 2) 的每个 Souslin 子集 A 对于X 上的每个测度 μ 都是 μ 可测的。

引用了 3 · 被以下引用 2

引用了 IX § 6. 。局部凸空间上的测度和测度, 命题 3, 推论 1, IV § 4

被以下引用 例, IX § 1, 定义 2, V § 3

凭借命题3,足以证明每个相对紧的Souslin集合A都是μ可积的。现在,这样的集合 A 能够实现∣μ∣∗|\mu|^*(GT、IX, §6, No. 9、Th.5)。因此,对于每个 ε>0\varepsilon > 0 都存在 A 的紧凑子集 K,使得 ∣μ∣∗(A)≤∣μ∣∗(K)+ε=∣μ∣(K)+ε|\mu|^*(A) \leq |\mu|^*(K) + \varepsilon = |\mu|(K) + \varepsilon。令 U 为 X 包含于 A 中的相对紧开集合,使得

∣μ∣(U)=∣μ∣∗(U)≤∣μ∣∗(A)+ε. |\mu|(U) = |\mu|^*(U) \leq |\mu|^*(A) + \varepsilon.

然后∣μ∣∗(U−K)=∣μ∣(U)−∣μ∣(K)≤2ε|\mu|^*(U - K) = |\mu|(U) - |\mu|(K) \leq 2\varepsilon,因此∣μ∣∗(A−K)≤2ε|\mu|^*(A - K) \leq 2\varepsilon,证明A是μ可积的(§4, No. 6,Th.4的Cor.1)。

2. 原理本地化。局部可忽略不计集合

命题 4(本地化的原理) 08UJ

— *令 f 为 X 的映射成为拓扑空间 F。假设对于每个 x∈Xx \in X,存在 x 的可积邻域 VxV_x 和可测量的 X 的映射 gxg_x 到 F 中,使得f(y)=gx(y)f(y) = g_x(y)几乎随处可见VxV_x。那么 f 是可测量的。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合

被以下引用 命题 16, 命题 1, V § 5, 命题 6, V § 5

令K为紧集;存在点 xi∈Kx_i \in K 的有限数,使得 VxiV_{x_i} 形式覆盖 K。立即得出 (§4, No. 9,引理),存在可忽略不计的集合 N⊂KN \subset K 和有限的划分 K−NK - N由可积集合MjM_j组成,使得每个集合K∩VxiK \cap V_{x_i}是N的子集的并和MjM_j的某个数,并且使得在每个MjM_j上, ff等于函数gxig_{x_i}之一。现在,对于每个MjM_j,都存在可忽略不计的集合、Nj⊂MjN_j \subset M_j和由紧集Knj (n∈N)K_{nj}\ (\mathbf{n} \in \mathbf{N})的序列组成的Mj−NjM_j - N_j的划分;另一方面,对于每个KnjK_{nj},都存在由紧集Kmnj (m∈N)K_{mnj}\ (\mathbf{m} \in \mathbf{N})的序列形成的可忽略不计的集合、Pnj⊂KnjP_{nj} \subset K_{nj}和Knj−PnjK_{nj} - P_{nj}的划分,使得ff的限制对于每个KmnjK_{mnj} 是连续的。由于 N 的并,NjN_j 和 PnjP_{nj} 可以忽略不计,ff 是可测的。

因此,可测量函数的概念是局部特征标的概念。

定义 3 08UK

— *如果对于每个x∈Xx \in X,存在xx的邻域VV,使得V∩AV \cap A可以忽略不计,则称集合A⊂XA \subset X是局部可忽略的(对于度量μ\mu)。

通过本地化的原理,每个局部可忽略不计的集合都是*可测量的*。可忽略的集合 (§2) 的性质表明,局部可忽略的集合的每个子集都是局部可忽略的,并且局部可忽略的集合的每个可数并都是局部可忽略的。

命题 5 08UL

— *为了使集合 A 局部可忽略不计,对于每个紧集 K,A∩KA \cap K 可以忽略不计是必要且充分的。

被以下引用 4

被以下引用 引理 5, 命题 12, 推论 4, 定义 1, V § 1

条件显然是足够的,因为X的每个点都有一个紧凑的邻域。这是必要的,因为如果对于每个x∈Kx \in K,存在xx的邻域VxV_x,使得A∩VxA \cap V_x可以忽略不计,那么存在点xi∈Kx_i \in K的有限数,使得VxiV_{x_i}形式a K 的覆盖,并且 A∩KA \cap K 包含在可忽略的集合 A∩VxiA \cap V_{x_i} 的并中。

推论 1 08UM

— *要使集合 A 可以忽略不计,其局部可忽略且外部测量有限是必要且充分的。

引用了 1

引用了 推论 2, IV § 4

条件显然是必要的。相反,如果满足,则A包含在可积开集合G中,它是可忽略的集合N的并和紧集的序列(Kn)(K_n)(§ 4, No. 6,Th.4的Cor.2);由于A∩NA \cap N和集合A∩KnA \cap K_n可以忽略不计,因此它们的并A也是如此。

推论 2 08UN

— 每个局部可忽略的开集合都可以忽略不计(因此包含在μ\mu的支持补中)。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 推论 4, IV § 4

被以下引用 推论 4, 推论 4, V § 6

因为,开集合G的外部测度是紧集K⊂GK \subset G的测度∣μ∣(K)|\mu|(K)的上等值(§ 4, No. 6,Th.4的Cor.4);如果 G 局部可忽略不计,则对于 G 中包含的每个紧集 K,∣μ∣(K)=0|\mu|(K) = 0,因此 ∣μ∣∗(G)=0|\mu|^*(G) = 0。

推论 3 08UO

— *在无穷大可数的局部紧凑空间 X 中,每个局部可忽略的集合都是可以忽略不计的。

由于X是序列(Kn)(K_n)或紧集的并,所以每个局部可忽略的集合A都是可忽略的集合A∩KnA \cap K_n的并,因此可以忽略不计。

我们可以给出在无穷大不可数的局部紧致空间的例,以及空间X的测度,使得X中存在集合,其局部可忽略但不可忽略(§ 1,Exer.5)。

推论 4 08UP

— *令 f 为 X 的映射成为拓扑空间 F。如果 f 的不连续性的点的集合 N 局部可忽略,则 f 是可测的。

引用了 5 · 被以下引用 1

引用了 定理 4, IV § 4, 命题 5, IV § 2. 。可以忽略不计的函数和集合, 命题 9, IV § 2, 推论 2

被以下引用 引理 5

对于每个紧集K⊂XK \subset X,K∩NK \cap N可以忽略不计(命题5),因此,对于每个ε>0\varepsilon > 0,存在紧集K1⊂K−(K∩N)K_1 \subset K - (K \cap N)使得∣μ∣(K−K1)≤ε|\mu|(K - K_1) \leq \varepsilon(§ 4, No. 6,Th.4),并且通过f到K1K_1的假设限制连续,从而结论。

如果 P{x}P\{x\} 是性质,则性质 « P\{x\} 局部几乎处处(相对于 μ\mu)» 通过定义等价于性质 « x 的集合使得* (x ∈\in X 而不是P{x}P\{x\}) 局部可以忽略不计(对于测量 μ\mu)»。如果 F 是任意集合,则关系 «f(x)=g(x)f(x) = g(x) 局部几乎处处» 是 X 的映射的集合中的等价关系到 F 中。特别是,如果 F 是向量空间,则映射 ff X 代入 F 使得 f(x) = 0\text{ 局部几乎处处都被称为 } \textit{局部可忽略不计}。我们留给读者的任务是为这些概念建立大多数属性相应的,这些属性已经在§2、第4、5和6项中列举,函数几乎在任何地方都相等。我们将极限自己推论到注意到,如果X的两个\emph{连续}映射f,gf, g进入豪斯多夫拓扑空间F,并且相等\emph{局部几乎处处},则根据Cor,它们相等\emph{几乎处处}。提案 5 的第 2 条(因此在μ\mu 的支持度每点处相等(§ 2, No. 4,提案 9));然而,我们明确声明以下命题,即本地化的原理的直接的推论:

命题 6 08UQ

设 ff 为 X 的可测量映射到拓扑空间 F。X 到 F 的每一个映射,几乎在任何地方都等于 ff,都是可测量的。

被以下引用 1

被以下引用 命题 10

3. 可测函数的基本性质

定理 1 08UR

令X为局部紧凑空间,μ\mu拓扑空间,F=∏nFnF = \prod_n F_n其乘积的X,(Fn)(F_n)序列的测度。对于每个指标 n,令fnf_n是X到FnF_n的可测量映射,并令f(x)=(fn(x))∈Ff(x) = (f_n(x)) \in F;那么,对于 f(X)f(X) 的每个连续映射 u 到拓扑空间 G,函数 x↦u(f(x))x \mapsto u(f(x)) 是可测量的。

引用了 1 · 被以下引用 26

引用了 命题 2

被以下引用 § 5. 。可测量函数和集合, 引理 1, 推论 2, 推论 3, 命题 10, 推论 1, 推论 2, 命题 11, 命题 20, 推论 1, 推论 2, 推论 5, IV § 6, 习题 10, § 7, 引理, V § 3, 定理 1, V § 4, V § 5. 。由数值密度定义的度量, 习题 15, § 5, 注, V § 6, 命题 1, V § 6, 习题 25, § 1, 命题 12, VI § 1, 命题 13, VI § 1, 习题 10, § 2, 习题 26, § 2, +2

对于X的每个紧凑子集 K和每个数ε>0\varepsilon > 0,存在紧集K1⊂KK_1 \subset K使得∣μ∣(K−K1)≤ε|\mu|(K - K_1) \leq \varepsilon并且使得所有函数fnf_n的限制到K1K_1是连续的(No. 1,提案 2);显然u∘fu \circ f在K1K_1、从而定理上连续。

注 08US

— 1) 定理不扩展到拓扑空间的 \emph{任意} 乘积(例 1)。 2) 如果 ff 是 X 自身的连续映射,并且 gg 是 X 到 F 中的可测量的映射,则 g∘fg \circ f 不一定是可测量的(Exer.2)。

推论 1 08UT

可测量数值函数(有限或非有限)的有限数的上包络线和下包络线是可测量的。* 因为,sup⁡(u,v)\sup(u, v)和inf⁡(u,v)\inf(u, v)在R‾×R‾\overline{\mathbf{R}} \times \overline{\mathbf{R}}上连续。

被以下引用 2

被以下引用 推论 2, 推论 1

推论 2 08UU

要使数值函数 ff(有限或非)可测量,f+f^+ 和 f−f^- 可测量是充分必要的。* Cor 需要条件。 1;这是足够的,因为映射x↦(f+(x),f−(x))x \mapsto (f^+(x), f^-(x))下R‾×R‾\overline{\mathbf{R}} \times \overline{\mathbf{R}}中X的像A不包含点(+∞,+∞)(+\infty, +\infty)和(−∞,−∞)(-\infty, -\infty),因此映射(u,v)↦u−v(u, v) \mapsto u - v在A上连续。

引用了 1

引用了 推论 1

推论 3 08UV

— *如果 f 和 g 是 X 的两个可测量映射到拓扑向量空间 F,则 f + g 和 αf 是可测量的(α 任何标量)。

被以下引用 1

被以下引用 § 5. 。可测量函数和集合

将 X 的可测量映射的集合转换为拓扑向量空间 F 因此为向量空间。

推论 4 08UW

— 设 F 为 R 上维数 n 的向量空间,并令 (ek)_{1 \leq k \leq n} 为 F 的基。在阶中,函数 f = \和_{k=1}^{n} e_k f_k 可测,每个数值是充分必要的函数 f_k 是可测量的。

推论 5 08UX

— *设 F, G, H 为三个拓扑向量空间,并设 (u, v) \to [u \cdot v] 为 F \times G 到 H 的连续双线性映射。如果 f 是 X 到 F 的可测映射,g 是 X 到 G 的可测映射,则[f \cdot g] 是 X 到 H 中可测量的映射。

被以下引用 4

被以下引用 引理 1, 命题 1(平均值的不等式), IV § 6, 定理 2(霍尔德的不等式), IV § 6, 推论 1, IV § 6

In particular, if f is a measurable mapping of X into a real (resp. complex) normed space F, and g is a measurable mapping of X into R (resp. C), then gf is measurable. 如果 F 是 范数代数 并且 f、g 是 X 的两个可测的映射到 F 中,则 fg 是可测的。

推论 6 08UY

— *如果 f 是 X 的可测量映射到标准化空间 F,则数值函数 |f|是可测量的。

被以下引用 1

被以下引用 命题 20

4. 可测量的极限函数

定理 2(叶戈罗夫) 08UZ

— *令X为局部紧凑空间,μ为X的测度,A为可数集合,F\mathfrak{F}为A上具有可数基的过滤器,(fα)α∈A(f_\alpha)_{\alpha \in A}为X的可测映射族可度量空间 F。假设 lim⁡Ffα(x)=f(x)\lim_{\mathfrak{F}} f_\alpha(x) = f(x) 存在于 X 的局部可忽略的子集 N 的补集中。在这些条件下, 1° 函数 f(以任何方式扩展至 N)是可测量的; 2° 对于X和每个ε>0\varepsilon > 0的每个紧致子集 K,存在紧集K1⊂KK_1 \subset K,使得∣μ∣(K−K1)≤ε|\mu|(K - K_1) \leq \varepsilon和fαf_\alpha到K1K_1的限制是连续的并且均匀收敛到K1K_1上的f。

引用了 4 · 被以下引用 8

引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合, 推论, IV § 4, 命题 2, 推论, IV § 4

被以下引用 定理 1, IV § 1, 注 2, IV § 4, 定理 4, 定理 5, 命题 2, IV § 6, 命题 3, IX § 4, 习题 15, § 5, 引理 2, VI § 2

第一个断言显然是第二个的结果,我们将证明这一点。 存在紧集K0⊂KK_0 \subset K使得∣μ∣(K−K0)≤ε/2|\mu|(K - K_0) \leq \varepsilon/2并且所有函数fαf_\alpha中的限制到K0K_0是连续的(No. 1,命题2)。 对于过滤器F\mathfrak{F},令(An)(A_n)为递减可数基;设 d 是 F 上与拓扑兼容的度量。 对于整数 n>0, r>0n > 0,\ r > 0中的每一个对,令Bn,rB_{n,r}为点x∈K0x \in K_0中的集合,这样,对于指标α,β\alpha, \beta属于中的至少一个对来说, AnA_n、d(fα(x),fβ(x))≥1/rd(f_\alpha(x), f_\beta(x)) \geq 1/r;对于固定的α\alpha和β\beta,x∈K0x \in K_0的集合使得d(fα(x),fβ(x))≥1/rd(f_\alpha(x), f_\beta(x)) \geq 1/r在K0K_0内闭,因此是紧的;因而,Bn,rB_{n,r}是包含在K0K_0中的紧集的可数并,因此是可积的(§ 4, No. 5,命题6和8)。 如果rr固定,则集合Bn,rB_{n,r}(n=1,2,…n = 1, 2, \ldots)的递减序列的交具有测度零,因为相对于过滤器F\mathfrak{F},fα(x)f_\alpha(x)几乎在K0K_0中几乎所有地方都趋向于f(x)f(x);因而lim⁡n→∞∣μ∣(Bn,r)=0\lim_{n \to \infty} |\mu|(B_{n,r}) = 0(§ 4, No. 5,第7条命题的Cor.),因此存在整数nrn_r使得∣μ∣(Bnr,r)≤ε/2r+2|\mu|(B_{n_r,r}) \leq \varepsilon/2^{r+2}。 设BB为集合Bnr,rB_{n_r,r}的并(对于r=1,2,…r = 1, 2, \ldots); BB 可积且

∣μ∣(B)≤∑r=1∞∣μ∣(Bnr,r)≤ε/4 |\mu|(B) \leq \sum_{r=1}^\infty |\mu|(B_{n_r,r}) \leq \varepsilon/4

(§ 4, No. 5,Cor. of Prop. 8)。设CC为K0K_0中BB的补集;通过构造,fα(x)f_\alpha(x)相对于滤波器F\mathfrak{F}在CC中均匀收敛到f(x)f(x),并且由于fαf_\alpha到CC的限制是连续的,ff的限制也连续CC。然后,从∣μ∣(K−K1)=∣μ∣(K−K0)+∣μ∣(B)+∣μ∣(C−K1)≤ε|\mu|(K - K_1) = |\mu|(K - K_0) + |\mu|(B) + |\mu|(C - K_1) \leq \varepsilon开始,取紧集K1⊂CK_1 \subset C就足够了,使得阶中的∣μ∣(C−K1)≤ε/4|\mu|(C - K_1) \leq \varepsilon/4到叙述的满足条件。

Th 的结论。如果 FF 不可度量,则 2 不一定成立(例 1)。如果 FF 可度量,并且集合 AA 不可数,但过滤器 F\mathfrak{F} 具有可数基,则 Th 的第一个结论。 2 再次有效;因为,如果(An)(A_n)是F\mathfrak{F}的可数基,并且αn\alpha_n是AnA_n的元素,那么ff几乎在任何地方都是序列(fαn)(f_{\alpha_n})的极限,因此是可测的;然而,Th的第二个结论。 2 不再必然有效(cf. Exer. 4)。

推论 1 08V0

— 令 (fn)(f_n) 为数值函数(有限或非有限)的序列。 如果 fnf_n 可测量,则函数 sup⁡nfn\sup_n f_n、inf⁡nfn\inf_n f_n、lim sup⁡n→∞fn\limsup_{n \to \infty} f_n 和 lim inf⁡n→∞fn\liminf_{n \to \infty} f_n 可测量。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 定理 1, 推论 1

被以下引用 推论 2, 命题 6, V § 5, 注, VI § 2

因为,扩展实直线 R‾\overline{\mathbf{R}} 同胚于紧区间 R\mathbf{R},是可度量的。 函数sup⁡nfn\sup_n f_n是函数gn=sup⁡(f1,f2,…,fn)g_n = \sup(f_1, f_2, \ldots, f_n)的递增序列的逐点极限,可测量(No. 3,Th.1的Cor.1);类似地,lim sup⁡n→∞fn\limsup_{n \to \infty} f_n是函数hn=sup⁡p≥0fn+ph_n = \sup_{p \geq 0} f_{n+p}的递减序列逐点极限,每个都可以通过前述方法测量。最后,由于inf⁡nfn=−sup⁡(−fn)\inf_n f_n = -\sup(-f_n)和lim inf⁡n→∞fn=−lim sup⁡n→∞(−fn)\liminf_{n \to \infty} f_n = -\limsup_{n \to \infty} (-f_n),这些函数是可测量的。

推论 2 08V1

— 可在 XX 形式部落 中测量集合(GT,IX, §6, No. 3)。

引用了 3 · 被以下引用 3

引用了 IX § 6. 。局部凸空间上的测度和测度, 定理 1, 推论 1

被以下引用 定理 5, 例, IX § 1, 定义 2, V § 3

因为,如果 M 和 N 可测量,则函数

φM∪N=φM+φN−φMφNandφM∩CN=φM−φMφN \varphi_{M \cup N} = \varphi_M + \varphi_N - \varphi_M \varphi_N \quad \text{and} \quad \varphi_{M \cap C_N} = \varphi_M - \varphi_M \varphi_N

可以通过 No. 3 来衡量,Cors。 Th的3和5。 1. 如果 (Mn)(M_n) 是可测量的集合的序列,并且 M 是它们的并,则 φM=sup⁡nφMn\varphi_M = \sup_n \varphi_{M_n} 可以通过 Cor 测量。 1 Th。 2、从而推论。

特别是,由于开集合是可测量的:

推论 3 08V2

Borel 集合 in X* (GT, IX, §6, No. 3, Def. 4) 对于 X 上的每个测量 μ\mu 都可测量 μ\mu。

被以下引用 1

被以下引用 定理 3, VI § 3

5. 判据用于可测量性

当F是拓扑向量空间时,在可测量的集合(§4, No. 9,Def.4)上的每一步函数,其中F中的值,显然是可测量的(No. 3,Th.1的Cor.3);这样的函数ff仅具有值的有限数,并且对于每个y∈Fy \in F,f−1(y)f^{-1}(y)是可测量的。更一般地,令 F 为 X 的任何拓扑空间、ff 映射到 F 中,仅具有不同值 aia_i (1≤i≤m1 \leq i \leq m) 的有限数;如果集合 Ai=f−1(ai)A_i = f^{-1}(a_i) 可测量,则函数 ff 可测量。因为,对于每个紧集 K 和每个集合 Ai∩KA_i \cap K,都存在由紧集的序列 (Kin)(K_{in}) 组成的可忽略不计的集合 Ni⊂Ai∩KN_i \subset A_i \cap K 和 Ai∩K∩CNiA_i \cap K \cap C N_i 的划分;由于K是集合Ai∩KA_i \cap K的并和ff的限制,因此KinK_{in}都是常数,因此连续,ff是可测的。通过滥用语言,我们可以说,X的映射ff进入F是一个*可测量的步骤函数*,如果它只采用值的有限数,并且对于每个y∈Fy \in F,f−1(y)f^{-1}(y)是可测量的。

定理 3 08V3

为了将 X 的映射 ff 转化为可测量的空间 F 可测量,对于每个紧集 K⊂XK \subset X,存在可测量步骤序列 (gn)(g_n) 是充分必要的函数,其中值在 F 中,这样,对于几乎每个 x∈Kx \in K*,gn(x)g_n(x) 趋向于 f(x)f(x)。

引用了 1 · 被以下引用 5

引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合

被以下引用 推论, 推论 1, 推论 2, 定理 4, 定理 5

条件对于 Egoroff 的定理和原理本地化来说就足够了。让我们证明这是必要的:到假设,存在由紧集组成的K−NK - N的可忽略不计的集合N⊂KN \subset K和划分(Km)(K_m),使得ff的限制对每个KmK_m是连续的。对于定义序列(gn)(g_n),只需按以下方式进行即可:令dd为与F的拓扑兼容的度量;对于每个 KiK_i 和指标 i≤ni \leq n,存在 KiK_i 的有限划分可积集合 AijA_{ij} (1≤j≤qi1 \leq j \leq q_i) 足够小,使得ff 在每个 AijA_{ij} 上的振荡为≤1/n\leq 1/n(§ 4, No. 9,引理);使gng_n在每个AijA_{ij}上保持不变,等于此集合中ff的值之一(对于1≤i≤n, 1≤j≤qi1 \leq i \leq n,\ 1 \leq j \leq q_i),并且等于XX中每个点的固定元素a∈Fa \in \mathbf{F}不属于到任何 AijA_{ij}。很明显,序列(gn(x))(g_n(x))在KK的每点收敛到f(x)f(x),而不是属于到NN。

推论 1 08V4

令 ff 为 XX 可测量的映射到 Banach 空间 FF;对于每个紧集K⊂XK \subset X,存在可测量步骤函数的序列(gn)(g_n),并且支持包含在KK中,使得∣gn(x)∣≤∣f(x)∣|g_n(x)| \leq |f(x)|对于所有x∈Xx \in X并且使得对于几乎每个gn(x)g_n(x)趋于f(x)f(x) x∈Kx \in K.

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 定理 3

被以下引用 引理 1

与记号如Th的证明一样。 3,并且用AijA_{ij}中的ff的值之一表示aija_{ij},则只要∣aij∣≤1/n|a_{ij}| \leq 1/n和点就可以作为AijA_{ij}中的gng_n的值,点0 aij(1−1/(n∣aij∣))a_{ij}(1 - 1/(n|a_{ij}|)) 否则;最后,集合gn(x)=0g_n(x) = 0对AijA_{ij}(1≤i≤n, 1≤j≤qi1 \leq i \leq n,\ 1 \leq j \leq q_i)的并补。

推论 2 08V5

令 XX 为局部紧致的空间,其无穷大可数。如果 ff 是 XX 的可测量映射到可测量的空间 FF,则存在可测量步骤函数的序列 (gn)(g_n),其中值在 FF 中,使得几乎每遇到 x∈Xx \in X,gn(x)g_n(x) 都会倾向于 f(x)f(x)。

引用了 1

引用了 定理 3

若XX为紧集递增序列(An)(A_n)并,集合An−An−1A_n - A_{n-1}即XX非空形式划分可积集合;因而,存在由紧集的序列(Kn)(K_n)形成的可忽略不计的集合N⊂XN \subset X和CN\mathbf{C}N的划分,使得ff的限制对每个KnK_n是连续的;然后可以像 Th 那样得出证明的结论。 3 无需修改。

命题 7 08V6

设ff为XX可测量的映射到拓扑空间FF; FF 中每个关闭(或打开)集合的ff 下的逆像是可测量的。

被以下引用 10

被以下引用 定义 9, 推论, 命题 9, 定理 4, 命题 1, V § 4, 注, V § 6, 命题 4, V § 6, 命题 3, VI § 3, 定理 3, VI § 3, 引理 1, VII Appendix 2

It suffices to carry out the proof for the inverse image −1f(A)^{-1}f(A) of a closed set AA in FF. 设KK是XX的紧子集;存在由紧集组成的可忽略不计的集合 N⊂KN \subset K 和 K−NK - N 的划分 (Kn)(K_n),使得 ff 的限制与每个 KnK_n 是连续的。 因而,交Kn∩−1f(A)K_n \cap ^{-1}f(A)是ff至KnK_n的限制下封闭的集合AA的逆像;因此它是KnK_n中的闭集合,因此是紧凑的。 因而,集合K∩−1f(A)K \cap ^{-1}f(A)是可忽略的集合N∩−1f(A)N \cap ^{-1}f(A)和紧集Kn∩−1f(A)K_n \cap ^{-1}f(A)的并,这证明−1f(A)^{-1}f(A)是可测的。

定理 4 08V7

— 令 F 为可度量的空间,令 d 为与拓扑兼容的 F 上的度量。为了使 X 的映射 f 进入 F 是可测量的,它满足以下两个条件是充分必要的: a) F的每个闭球的f下的逆像是可测的; b) 对于每个紧集 K ⊂ X,存在 F 的可数子集 H,使得几乎每个 x∈Kx \in K 都有 f(x)∈H‾f(x) \in \overline{H}。

引用了 3 · 被以下引用 8

引用了 命题 7, 定理 3, 定理 2(叶戈罗夫)

被以下引用 注 2, 命题 1, 命题 10, 推论 1, 命题 8, 习题 2, § 6, 定义 2, V § 3, 定理 4, VI § 3

条件 a) 是第 7 条命题所必需的;另一方面,在Th的记号中。 3、 条件 b) 满足:取H为所有函数gng_n的值构成的可数集合。

现在让我们证明条件 a) 和 b) 是充分的。令 K 为 X 的任何紧致子集; K 中存在一个可忽略的子集 N,使得 f(K−N)f(K - N) 包含在 F 的点的可数集合闭包中,我们将其排列在序列 (an)(a_n) 中。令An,pA_{n,p}为x∈K−Nx \in K - N的集合,使得d(f(x),an)≤1/pd(f(x), a_n) \leq 1/p。由条件 a) 可知 An,pA_{n,p} 是可测的。对于固定pp,集合Bn,p⊂K−NB_{n,p} \subset K - N递归设定的定义序列

B1,p=A1,pandBn+1,p=An+1,p∩C(⋃k≤nAk,p); B_{1,p} = A_{1,p} \quad \text{and} \quad B_{n+1,p} = A_{n+1,p} \cap C \left( \bigcup_{k \leq n} A_{k,p} \right);

集合Bn,pB_{n,p}是可测量的,K−NK - N的非空形式划分是可测量的。令gm,pg_{m,p}对于1≤i≤m1 \leq i \leq m而言,函数等于集合Bi,pB_{i,p}上的aia_i,并且等于这些集合的并的补集上的常数b∈Fb \in F; gm,pg_{m,p}是可测量的步长函数;由于mm趋于无穷大,gm,pg_{m,p}在Bn,pB_{n,p}(n≥1n \geq 1)上逐点收敛到函数fpf_p等于ana_n,在N∪CKN \cup C K上收敛到bb,因此(Th.2)fpf_p是可测量的。由于pp趋于无穷大,每x∈K−Nx \in K - N,fp(x)f_p(x)趋于f(x)f(x),x∈N∪CKx \in N \cup C K趋于bb;因此,fpf_p的极限是可测的,定位的原理证明了ff本身是可测的。

注 1 08V8

条件 a) 单独不足以使 ff 可测量(Exer. 7)。

注 2 08V9

如果 F 的拓扑具有可数基,则 Th 的条件 b)。 4 自动满足 F 中 X 的每一个映射。此外,证明表明,假设逆像在有理半径闭球的 ff 之下就足够了,其中心属于为稠密可数子集 F,可测量集合。

引用了 1

引用了 定理 4

注 3 08VA

假设a)可以用条件代替,F的每个空球的ff下的逆像是可测的。

数值函数(有限或无限)的情况值得特别提及:

命题 8 08VB

— 令 D 为 R\mathbf{R} 的可数稠密子集。在阶中,数值函数 ff(有限或非)可测量,对于 x∈Xx \in X 的每个 a∈Da \in D、集合使得 f(x)≥af(x) \geq a 可测量,就足够了(且必要)。

引用了 1

引用了 定理 4

因为,如果是这样,对于xx的每个b∈R‾b \in \overline{\mathbf{R}}集合,使得f(x)⩾bf(x) \geqslant b是可测量的,是xx的集合(形式一个可数族)的交使得f(x)⩾af(x) \geqslant a, aa 运行于 D 的点集合,即⩽b\leqslant b。 xx的集合使得f(x)<bf(x) < b是可测量的,是可测量的集合的补集。接下来,如果bb是有限的,则xx的集合使得f(x)⩽bf(x) \leqslant b是可测量的,即xx的集合的交使得f(x)<b+1/nf(x) < b + 1/n;并且f(−∞)−1f(-\infty)^{-1}是可测量的,是xx的集合的交使得f(x)<nf(x) < n,因为nn超过Z\mathbf{Z}。最后,R‾\overline{\mathbf{R}}的每个闭区间的ff下的逆像是可测的,即两个可测的集合的交,以及Th。可以应用4。

类似地,我们可以证明,对于xx的每一个a∈Da \in \mathrm{D},集合就足够了,这样f(x)>af(x) > a是可测量的。

推论 08VC

— 每个较低(分别*较高*)*半连续函数是可测量的*。

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 命题 7, 定理 3

被以下引用 § 5. 。可测量函数和集合, 命题 8, VI § 2, 习题 17, § 1

因为,如果ff是下半连续的,那么x∈Xx \in \mathrm{X}的集合使得f(x)⩽af(x) \leqslant a对于每个a∈R‾a \in \overline{\mathbf{R}}都是闭的。

当 F 可度量且*紧凑*时,Prop.7 使得锐化 Th 成为可能。 3如下:

命题 9 08VD

— 如果 F 是可度量紧凑空间,则 X 到 F 中的每个可度量映射 f 都是可度量步骤函数 的序列的一致极限(在所有 X 上)。

引用了 2

引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合, 命题 7

令dd为与F的拓扑兼容的度量。对于每个正整数nn,都存在点ak∈Fa_k \in \mathrm{F}的*有限*数,使得具有中心aka_k和半径的闭球BkB_k 1/n1/n 形式 F 的覆盖;因而,集合 Ak=f−1(Bk)A_k = f^{-1}(B_k) 是可测量的(第 7 条),并且形式覆盖了 X。因而,(§ 4, No. 9,引理)存在X的划分(Ci)(C_i)到可测量集合的有限数,使得每个AkA_k是CiC_i中某些并。令cic_i为CiC_i的点,并让gng_n为可测量步长函数,等于CiC_i上的f(ci)f(c_i)(对于每个指标ii)。很明显,d(f(x),gn(x))⩽2/nd(f(x), g_n(x)) \leqslant 2/n 对于所有x∈Xx \in \mathrm{X}。

命题 10 08VE

— 设 F 为可分离的 Banach 空间,F' 为对偶,(an′)(\mathbf{a}'_n) 单位 F' 球中的弱稠密序列(TVS,III, § 3, No. 4,第 6 命题的 Cor. 2)。1 为了使 X 的映射 f 进入 F 可测量,它对于每个 n 标量函数 x↦⟨f(x),an′⟩x \mapsto \langle \mathbf{f}(x), \mathbf{a}'_n \rangle 是可测量的。

引用了 5 · 被以下引用 5

引用了 推论 2, III § 3, 命题 6, 定理 1, 定理 4, IV § 2. 。可以忽略不计的函数和集合

被以下引用 习题 8, § 5, 引理 5, 推论 1, 推论 2, 推论 2, VIII § 4

条件显然是必要的(No. 3,Th.1),让我们证明它是充分的;验证 Th 的条件 a) 就足够了。 4 并且,为此,

1 参见§ 2, No. 4末尾的脚注。

通过原理的定位就足以证明,对于X的每个紧凑子集 K和每个B⊂FB \subset F,具有中心aa和半径rr,集合A=K∩f−1(B)A = K \cap f^{-1}(B)是可测量的;现在,对于每 z∈Fz \in F,

∣z∣=sup⁡n∣⟨z,an′⟩∣/∣an′∣; |z| = \sup_n |\langle z, a'_n \rangle| / |a'_n|;

因而 AA 是 KK 和集合的交定义为

∣⟨f(x),an′⟩−⟨a,an′⟩∣≤r∣an′∣; |\langle f(x), a'_n \rangle - \langle a, a'_n \rangle| \leq r |a'_n|;

因为这些集合可以通过假设测量,所以 AA 是可以测量的。

推论 1 08VF

设 F 为 Banach 空间。在阶中,X到F中的映射 f是可测的,满足以下两个条件是充分必要的:

引用了 3

引用了 命题 10, 定理 1, 定理 4

a) 对于每个 a′∈F′a' \in F',标量函数 x↦⟨f(x),a′⟩x \mapsto \langle f(x), a' \rangle 是可测量的;

b) 对于每个紧集 K⊂XK \subset X,存在 F 的可数子集 H,使得 f(x)∈H‾f(x) \in \overline{H} 对于几乎每个 x∈Kx \in K。

条件的必要性由No. 3, Th 推出。 1、和钍。 4. 为了证明条件是充分的,再次验证Th的条件a)就足够了。 4. 对于第 10 条提案中的证明中的记号,我们可以(考虑到 b))假设,如果需要的话,之后在可忽略不计的集合上修改ff,即 f(K)⊂H‾f(K) \subset \overline{H},其中 HH 是可数的子集 FF。如果VV是集合H∪{a}H \cup \{a\}生成FF的闭合线性子空间,则VV是可分离的Banach空间,VV上的每个连续线性形式都是形式的限制 a′∈F′a' \in F';与命题 10 中相同的推理则表明K∩f−1(B)K \cap f^{-1}(B)是可测量的。

推论 2 08VG

设 F 为可度量且可分离的局部凸空间,并令 F′F' 为其对偶。为了使 X 的映射 f 进入 F 可测量,对于每个 a′∈F′a' \in F',标量函数 x↦⟨f(x),a′⟩x \mapsto \langle f(x), a' \rangle 可测量是必要且充分的。

引用了 2

引用了 命题 10, 定理 1

我们可以将F视为Banach 空间(TVS,II, §4, No. 3)的可数乘积∏nEn\prod_n E_n的子空间,并且我们可以假设pr⁡n(F)\operatorname{pr}_n(F)在EnE_n中稠密,因此是可分的。对于每个 nn,映射 pr⁡n∘f\operatorname{pr}_n \circ f 都可以通过命题 10 来测量,因而 ff 可以通过 No. 3, Th 来测量。 1.

命题 11 08VH

设F为可分离可度量局部凸空间FnF_n的局部凸空间,即序列的直极限,F为FnF_n的并。令F′F'为F的对偶,配备弱拓扑σ(F′,F)\sigma(F', F)。为了使 X 到 F′F' 的映射 f 可测量,对于每个 a∈Fa \in F,标量函数 x↦⟨a,f(x)⟩x \mapsto \langle a, f(x) \rangle 可测量是必要且充分的。

引用了 2

引用了 命题 2, 定理 1

No. 3、Th 之前需要条件。 1;让我们证明它是足够的。首先假设 F 可度量且可分离,令 D 为 F 中的可数稠密集合。令 (Vn)(V_n) 为 F 中 0 的平衡凸开邻域的递减基序列;极坐标集合 Vn∘V_n^\circ 是等连续的,并且它们的并都是 F′F'。令 Xn=f−1(Vn∘)X_n = f^{-1}(V_n^\circ); 序列(Xn)(X_n)为递增和X=⋃nXnX = \bigcup_n X_n;让我们证明每个 XnX_n 都是 μ\mu 可测量的。事实上,D∩VnD \cap V_n在VnV_n中是稠密的;对于每个y∈D∩Vny \in D \cap V_n,令SyS_y为x∈Xx \in X的集合,使得∣⟨y,f(x)⟩∣≤1|\langle y, f(x) \rangle| \leq 1; 假设意味着SyS_y 中的每一个都是可测量的,XnX_n 是SyS_y 可数族中y∈D∩Vny \in D \cap V_n 的交。因此,对于 X 的每个紧致子集 K 和每个 ε>0\varepsilon > 0,都存在整数 n 使得 ∣μ∣(K−(K∩Xn))≤ε/4|\mu|(K - (K \cap X_n)) \leq \varepsilon/4,然后存在 K∩XnK \cap X_n 的紧致子集 K1K_1 使得 ∣μ∣((K∩Xn)−K1)≤ε/4|\mu|((K \cap X_n) - K_1) \leq \varepsilon/4;最后,存在 K1K_1 的紧致子集 K2K_2,使得 ∣μ∣(K1−K2)≤ε/2|\mu|(K_1 - K_2) \leq \varepsilon/2 并且所有函数 ⟨y,f⟩\langle y, f \rangle 的限制到 K2K_2,其中 y∈Dy \in D 是连续的(No. 1,命题 1)。 2)。由于集合f(K2)⊂f(Xn)⊂Vn∘f(K_2) \subset f(X_n) \subset V_n^\circ等连续,σ(F′,F)\sigma(F', F)在f(K2)f(K_2)上诱导的拓扑与D中逐点收敛的拓扑相同(GT,X, §2, No. 4,Th.1);因此,f 到 K2K_2 的限制是连续的,在第一种情况下,从而我们的断言。

让我们讨论一般情况。如果z′z'是F上的连续线性形式,则其限制zn′z'_n到FnF_n是连续的;从F=⋃nFnF = \bigcup_n F_n开始,F的对偶F′F'可以用乘积∏nFn′\prod_n F'_n的线性子空间(代数上)来识别,然后是pr⁡n(z′)=zn′\operatorname{pr}_n(z') = z'_n。此外,由于F的每个有限子集都包含在FnF_n之一中,因此拓扑σ(F′,F)\sigma(F', F)正是由拓扑σ(Fn′,Fn)\sigma(F'_n, F_n)的乘积拓扑引起的拓扑。既然如此,如果⟨a,f⟩\langle a, f \rangle对于每个a∈Fa \in F都是可测量的,那么对于每个n和每个an∈Fna_n \in F_n来说⟨an,pr⁡n∘f⟩\langle a_n, \operatorname{pr}_n \circ f \rangle也是可测量的,因为⟨an,pr⁡n∘f⟩=⟨an,f⟩\langle a_n, \operatorname{pr}_n \circ f \rangle = \langle a_n, f \rangle; 证明的第一个部分则表明pr⁡n∘f\operatorname{pr}_n \circ f对于每个n都是可测量的,因此f(No. 3,Th.1)也是可测量的。

6. 判据可积

定理 5 08VI

— 在阶 X 的映射 f 转化为 Banach 空间 F 是第 p 个幂可积 (1≤p<+∞1 \leq p < +\infty) 时,f 可测且 Np(f)N_p(f) 有限是充分必要的。

引用了 3 · 被以下引用 18

引用了 定理 2(叶戈罗夫), 推论 2, 定理 3

被以下引用 § 5. 。可测量函数和集合, 推论 3, 推论 4, 命题 20, 注, IV § 6, 命题 1(平均值的不等式), IV § 6, 定理 2(霍尔德的不等式), IV § 6, 推论 1, IV § 6, 推论 5, IV § 6, 引理, V § 1, 推论, V § 3, V § 5. 。由数值密度定义的度量, 命题 1, V § 5, 注, V § 6, 学院, V § 8, 推论 2, V § 8, 推论, VI § 2, 命题 10, VI § 2

条件是必要的:因为,如果f∈LFpf \in \mathscr{L}_F^p,则存在连续函数的序列(gn)(g_n),具有紧支撑,几乎处处收敛于f(§3§ 3,No. 4,Th.3的Cor.2);通过 Th。 No. 4中的2,f是可测的。

为了证明条件是充分的,我们首先建立引理:

引理 1 08VJ

设g为函数,F中为值,使得N_p(g) < +\infty*(在其他字中,在FFp\mathscr{F}_F^p中为函数)。 *集合 A of 点 x \in X,使得 g(x) \neq 0 包含在可忽略的集合的并和紧集的序列中。

引用了 6 · 被以下引用 2

引用了 推论 3, IV § 4, 定理 6(勒贝格), IV § 3, 命题 3, 推论 1, 定理 1, 推论 5

被以下引用 命题 1(平均值的不等式), IV § 6, V § 1. 。基本上衣整体

令 AnA_n 为点 x∈Xx \in X 中的集合,使得 ∣g(x)∣≥1/n|g(x)| \geq 1/n; A为AnA_n中的并、φAn≤n∣g∣\varphi_{A_n} \leq n|g|、从而∣μ∣∗(An)≤(nNp(g))p|\mu|^*(A_n) \leq (n N_p(g))^p;由此可见,AnA_n包含在可忽略不计的集合的并和紧集的序列中(§ 4, No. 6,Th.4的Cor.3),因此A也是如此。

引理证明,首先考虑 f 有 compact 支持 K 的情况。 1 Th。 No. 5中的3个,存在可测量步长函数的序列(gn)(g_n),使得∣gn(x)∣≤∣f(x)∣|g_n(x)| \leq |f(x)|在每个点x∈Xx \in X并且gn(x)g_n(x)几乎在任何地方都趋向于f(x)f(x)。此时,gng_n是K中可测的集合的特征函数的线性组合;因为这些集合可以通过 No. 1、gng_n 属于到 LFp\mathscr{L}_F^p 的命题 3 进行积分。从Np(f)<+∞N_p(f) < +\infty开始,勒贝格的定理(§ 3, No. 7,Th.6)表明f属于到LFp\mathscr{L}_F^p。

一般情况下,从引理 1 可以得出,紧集存在递增序列 (Kn)(K_n),使得f(x)f(x) 几乎在KnK_n 的并的补码中都是零。令 fnf_n 函数在 KnK_n 上等于 f(x)f(x),在其他地方等于 0; fnf_n 可通过 No. 3 测量,Cor。 5 Th。 1;从参数的第一个部分开始,从 ∣fn∣≤∣f∣|f_n| \leq |f|、fnf_n 属于到 LFp\mathscr{L}_F^p。由于f(x)f(x)几乎处处都等于序列fn(x)f_n(x)的极限,勒贝格的定理再次证明f∈LFpf \in \mathscr{L}_F^p,从而完成证明。

应该注意注函数 局部可忽略但不可忽略 不可积;因此,函数*局部几乎处处*等于可积函数不一定是可积的。

推论 1 08VK

为了使集合可积,它是可测的并且具有有限的外部测度是必要且充分的。

推论 2 08VL

设(Fn)(F_n)为拓扑空间的序列;对于每个指标 n,令fnf_n是X到FnF_n的可测量映射,并令f(x)=(fn(x))∈F=∏nFnf(x) = (f_n(x)) \in F = \prod_n F_n;最后,让 u 成为 Banach 空间 G 的连续映射 f(X)f(X)。要使函数 g(x)=u(f(x))g(x) = u(f(x)) 可积,N1(g)<+∞N_1(g) < +\infty 是充分必要的。

引用了 1

引用了 定理 1

因为,g 是可测量的(No. 3,Th.1)。

推论 3 08VM

对于每个可积函数 f 和每个可测量的集合 A,函数 fφAf \varphi_A 都是可积的。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 定理 1, 定理 5

被以下引用 命题 1, V § 5

因为,它是从 Th 得出的。 5 和 No. 3,科罗纳。 5 Th。 1 fφAf \varphi_A是可测量的,并且N1(fφA)≤N1(f)N_1(f \varphi_A) \leq N_1(f)。

我们为每个可积函数ff和每个可测量的集合AA写∫Afdμ=∫fφAdμ\int_A f d\mu = \int f \varphi_A d\mu(或∫Afμ\int_A f \mu)。我们还为每个数字函数(有限或无限)f⩾0f \geqslant 0(如果f(x)=+∞f(x) = +\infty和φA(x)=0\varphi_A(x) = 0,则在设定f(x)φA(x)=0f(x)\varphi_A(x) = 0)写∫∗fd∣μ∣\int^* f d|\mu|(或∫A∗f∣μ∣\int^*_A f |\mu|)来代替∫∗fφAd∣μ∣\int^* f \varphi_A d|\mu|。

推论 4 08VN

对于每个序列* (fn)(f_n) 可测量的函数 ⩾0\geqslant 0 在 XX,

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 定理 3, IV § 1, 定理 5

被以下引用 推论 5, 命题 2, V § 1

∫∗(∑nfn)d∣μ∣=∑n∫∗fnd∣μ∣. \int^*\left( \sum_n f_n \right) d|\mu| = \sum_n \int^* f_n d|\mu|.

鉴于§1, No. 3,Th。 3,对于XX上任意两个可测量的函数f⩾0,g⩾0f \geqslant 0, g \geqslant 0,我们减少到证明,

∫∗(f+g)d∣μ∣=∫∗fd∣μ∣+∫∗gd∣μ∣. \int^*(f + g) d|\mu| = \int^* f d|\mu| + \int^* g d|\mu|.

这无非是当ff和gg可积时积分的可加性。相反的情况,如果例ff不可积,则∫∗fd∣μ∣=+∞\int^* f d|\mu| = +\infty乘Th。 5; 更不必说,∫∗(f+g)d∣μ∣=+∞\int^*(f + g) d|\mu| = +\infty。

推论 5 08VO

对于每对序列* (An)(A_n) 成对不相交的可测量集合,

引用了 1

引用了 推论 4

∣μ∣∗(⋃nAn)=∑n∣μ∣∗(An). |\mu|^*\left( \bigcup_n A_n \right) = \sum_n |\mu|^*(A_n).

这是从 Cor 得出的。 4应用于φAn\varphi_{A_n}。

7. 在局部紧凑子空间上引发的测量

令XX为局部紧凑空间,μ\mu为XX的测度,YY为XX的*局部紧凑子空间*。由于YY是XX中开集合和闭集合的交(GT,I, §9, No. 7,命题12),它是μ\mu可测的(No. 1,命题3的Cor.)。对于每个函数g∈H(Y;C)g \in \mathscr{H}(Y; \mathbf{C}),令g′g'为函数,在所有XX上定义,在YY上等于gg,在X−YX - Y上等于0;让我们证明 g′g' 是 μ\mu-*可积*。我们可以将自己限制在gg是实数且⩾0\geqslant 0的情况(将gg写为函数的线性组合);由于g′g'是有界的并且具有紧支持,因此足以证明g′g'是μ\mu可测的(No. 6,Th.5);但这是因为g′g'在XX上是上半连续的(No. 5,Prop.8的Cor.)。因此,我们可以做出以下定义:

定义 4 08VP

— *给定局部紧凑空间X的局部紧凑子空间Y,我们将X上的测度μ\mu在Y上诱发测度,并用μY\mu_Y或μ∣Y\mu|Y表示,由公式定义的测度

∫g dμY=∫g′ dμ \int g \, d\mu_Y = \int g' \, d\mu
被以下引用 2

被以下引用 例, IX § 1. 。拓扑空间上的预测量和测量

对于每个函数g∈K(Y;C)g \in \mathscr{K}(Y; \mathbf{C}),其中g′g'表示函数在YY上等于gg,在X−YX - Y上等于0。

例 08VQ

— 令 μ\mu 为 R\mathbf{R}、I R\mathbf{R} 中的任何区间的勒贝格测度; I是R\mathbf{R}的局部紧子空间,μ\mu在I上诱发的测度是线性形式

g↦∫abg(x) dx g \mapsto \int_a^b g(x) \, dx

在K(I;C)\mathscr{K}(I; \mathbf{C}),其中aa和bb是I(cf.§ 4, No. 4,*例*)的端点(有限或非),在其他字,我们称之为*勒贝格测度I*。

当 Y 是 X 的*开* 子空间时,Def. 4 重合和定义由 μ\mu 在 Y 上引起的测量(或 μ\mu 到 Y 的限制)在第 1 章中给出。 III, §2, No. 1:确实,对于每个函数g∈K(Y;C)g \in \mathscr{K}(Y; \mathbf{C})函数g′g',那么在X上连续。

我们将在第 1 章中详细研究关于诱导测度的积分。 V, §7,在那之前我们只需要以下结果:

引用了 4

引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合, III § 2. 。支持某项措施, 定义 4, V § 7. 。与诱导措施相关的积分

引理 2 08VR

— *令μ\mu为X的正测度,令K为X的紧子集。

引用了 1 · 被以下引用 3

引用了 推论 2, IV § 4

被以下引用 推论 2, 命题 14, 命题 9, IX § 1

(i) 对于每个紧凑(或开放)子集 K 的 H,μK(H)=μ(H)\mu_K(H) = \mu(H)。

(ii) 为了使 K 的子集 N μK\mu_K-可忽略,其充分必要为μ\mu-可忽略。

(iii) 如果S是μK\mu_K的支持,则Supp(μS)=S\mathrm{Supp}(\mu_S) = S。

(i) 我们可以将自己限制在 H 是紧的情况。 用ff表示空间K中H的特征函数; ff是上半连续,因此是K+(K)\mathscr{K}_+(K)中函数的递减有向族(gα)(g_\alpha)的下包络线;我们有 μK(H)=inf⁡α∫gα dμK\mu_K(H) = \inf_\alpha \int g_\alpha \, d\mu_K(§ 4, No. 4,第 5 条命题的 Cor.2)。 If gα′g'_\alpha is the function equal to gαg_\alpha on K and to 0 on X−KX - K, then gα′g'_\alpha is upper semi-continuous, and the lower envelope of the decreasing directed family (gα′)(g'_\alpha) is the characteristic function φH\varphi_H of H in the space X; therefore

μ(H)=inf⁡α∫gα′ dμ=inf⁡α∫gα dμK=μK(H) \mu(H) = \inf_\alpha \int g'_\alpha \, d\mu = \inf_\alpha \int g_\alpha \, d\mu_K = \mu_K(H)

由(1)。

(ii) 如果 N 是μ\mu-可忽略不计,则对于每个 ε>0\varepsilon > 0,X 中存在一个相对紧凑的 N 开邻域 U,使得 μ(U)≤ε\mu(U) \leq \varepsilon;由于 K−(U∩K)K - (U \cap K) 是紧致的,因此从 (i) 可以得出 μK(U∩K)≤μ(U)≤ε\mu_K(U \cap K) \leq \mu(U) \leq \varepsilon,因此 N μK\mu_K 可忽略不计。相反,如果 N 是 μK\mu_K 可忽略不计,则在 X 中存在 N 的开邻域 V,使得 μK(V∩K)≤ε\mu_K(V \cap K) \leq \varepsilon;通过(i),我们有μ(V∩K)=μK(V∩K)\mu(V \cap K) = \mu_K(V \cap K),因此μ(N)=0\mu(N) = 0,因为ε\varepsilon是任意的。

(iii) 对于 K 中与 S 相交的每个开路集合 U,通过假设 μK(U∩S)≠0\mu_K(U \cap S) \neq 0,因此通过 (i) 开μ(U∩S)≠0\mu(U \cap S) \neq 0,并且由于 U∩SU \cap S 在 S 中开路,因此通过 (i) 开μS(U∩S)≠0\mu_S(U \cap S) \neq 0;因为 S 中的每个非空开集合都是形式 U∩SU \cap S,其中 U 在 K 中开路,这证明了 Supp⁡(μS)=S\operatorname{Supp}(\mu_S) = S。

引理 3 08VS

设 Y 为 X 的局部紧凑子空间;对于 X、∣μY∣=∣μ∣Y|\mu_Y| = |\mu|_Y 上的每个测量μ\mu。

被以下引用 5

被以下引用 定义 3, IX § 1, 命题 3, IX § 1, 定义 6, IX § 2, 注, V § 7, VI § 2. 。矢量测量

设f为K+(Y)\mathscr{K}_+(Y)和ε\varepsilon中的函数,任意数>0> 0;到定义,存在函数g∈K(Y;C)g \in \mathscr{K}(Y; \mathbf{C})使得∣g∣≤f|g| \leq f和∣μY∣(f)≤∣μY(g)∣+ε|\mu_Y|(f) \leq |\mu_Y(g)| + \varepsilon。分别用将 f 和 g 扩展为 0 在 X−YX - Y 上得到的 f′f' 和 g′g' 函数表示,我们有 μY(g)=μ(g′)\mu_Y(g) = \mu(g'),并且从 ∣g′∣≤f′|g'| \leq f' 开始,

∣μ(g′)∣≤∣μ∣(∣g′∣)≤∣μ∣(f′)=∣μ∣Y(f), |\mu(g')| \leq |\mu|(|g'|) \leq |\mu|(f') = |\mu|_Y(f),

从而 ∣μY∣(f)≤∣μ∣Y(f)+ε|\mu_Y|(f) \leq |\mu|_Y(f) + \varepsilon 并且,由于 ε\varepsilon 是任意的,

∣μY∣(f)≤∣μ∣Y(f). |\mu_Y|(f) \leq |\mu|_Y(f).

另一方面,令 K 为 f 的支持,并令 U 为 K 在 X 中的紧邻域,使得 ∣μ∣(U−K)≤ε|\mu|(U - K) \leq \varepsilon;根据 Urysohn 的定理,存在函数 f1∈K+(X)f_1 \in \mathscr{K}_+(X),扩展 f,且支持包含在 U 中,并且∥f1∥=∥f∥\|f_1\| = \|f\|。存在函数h1∈K(X;C)h_1 \in \mathscr{K}(X; \mathbf{C})使得∣h1∣≤f1|h_1| \leq f_1和∣μ∣(f1)≤∣μ(h1)∣+ε|\mu|(f_1) \leq |\mu(h_1)| + \varepsilon。如果 h 是 h1h_1 到 Y 的限制,则h∈K(Y;C)h \in \mathscr{K}(Y; \mathbf{C})、∣h∣≤f|h| \leq f 和 μ(h1)−μY(h)=μ(h1φU−K)\mu(h_1) - \mu_Y(h) = \mu(h_1 \varphi_{U-K}),因此

∣μ(h1)−μY(h)∣≤∥f∥⋅∣μ∣(U−K)≤ε∥f∥; |\mu(h_1) - \mu_Y(h)| \leq \|f\| \cdot |\mu|(U - K) \leq \varepsilon \|f\|;

此外,我们还有类似的

∣μ∣(f1)−∣μ∣Y(f)=∣μ∣(f1φU−K)and∣∣μ∣(f1)−∣μ∣Y(f)∣∣≤ε∥f∥. |\mu|(f_1) - |\mu|_Y(f) = |\mu|(f_1 \varphi_{U-K}) \quad \text{and} \quad ||\mu|(f_1) - |\mu|_Y(f)|| \leq \varepsilon \|f\|.

由此我们推断

∣μ∣Y(f)≤∣μY(h)∣+ε(1+2∥f∥)≤∣μY∣(f)+ε(1+2∥f∥) |\mu|_Y(f) \leq |\mu_Y(h)| + \varepsilon(1 + 2\|f\|) \leq |\mu_Y|(f) + \varepsilon(1 + 2\|f\|)

由于ε\varepsilon是任意的,∣μ∣Y(f)≤∣μY∣(f)|\mu|_Y(f) \leq |\mu_Y|(f)可以完成证明。

8. μ\mu-紧集的密集族

命题 12 08VT

— 令 μ\mu 为局部紧致空间 XX、AA XX 的 μ\mu 可测量子集,以及 AA 紧致子集的 K\mathscr{K} 集合满足以下条件: (PLI) K\mathscr{K} 属于到 K\mathscr{K} 的每个封闭(因此紧凑)子集集合。 (PLII) K\mathscr{K} 属于到K\mathscr{K} 的集合的每个有限并。 那么以下四个属性是等效的: a) 为了使AA中的子集BB局部μ\mu可以忽略不计,∣μ∣∗(B∩K)=0|\mu|^*(B \cap K) = 0对于所有K∈KK \in \mathscr{K}来说是必要且充分的。 b) 对于AA和每个ε>0\varepsilon > 0的每个紧凑子集K0K_0,都存在集合K∈KK \in \mathscr{K},包含在K0K_0中,因此∣μ∣(K0−K)≤ε|\mu|(K_0 - K) \leq \varepsilon。 c) 对于AA的每个紧凑子集BB,存在BB的划分,由μ\mu可忽略不计的集合NN和序列(Hn)(H_n)形成紧集属于至K\mathscr{K}。 d) 对于AA的每个紧凑子集BB,存在紧集属于到K\mathscr{K}的递增序列(Kn)(K_n),包含在BB中,使得集合 N=B−⋃nKnN = B - \bigcup_n K_n 是μ\mu——可以忽略不计。

引用了 2 · 被以下引用 8

引用了 定理 4, IV § 4, 命题 5

被以下引用 定义 6, 推论 1, 注, 命题 14, 命题 15, 命题 10, V § 1, 推论 2, V § 1, 引理 3, V § 5

对于p≤np \leq n,取KnK_n为HpH_p的并,并引用(PLII),d)意味着a);c)a); c)意味着d),这是直接的(No. 2,命题5)。为了证明 b) 蕴含 c),需要递归地计算 K\mathscr{K} 的集合的定义序列 (Hp)(H_p),使得 Hn+1⊂B−⋃p≤nHpH_{n+1} \subset B - \bigcup_{p \leq n} H_p 和 ∣μ∣(B−⋃p≤nHp)≤1/n|\mu|(B - \bigcup_{p \leq n} H_p) \leq 1/n (§ 4, No. 6, Th. 4)。

仍有待证明a)蕴涵b)。让我们用反证法来论证,假设KK超过K0K_0属于到K\mathscr{K}的子集的集合,数∣μ∣(K)|\mu|(K)的上界α\alpha是<∣μ∣(K0)< |\mu|(K_0)。通过(PLII),存在K0K_0、属于到K\mathscr{K}的紧致子集的递增序列(Ln)(L_n)以及sup⁡n∣μ∣(Ln)=α\sup_n |\mu|(L_n) = \alpha。 集合B=⋃nLnB = \bigcup_n L_n; BB 可积且∣μ∣(B)=α|\mu|(B) = \alpha,因此∣μ∣(K0−B)=∣μ∣(K0)−α>0|\mu|(K_0 - B) = |\mu|(K_0) - \alpha > 0。另一方面,我们将看到对于每一个集合 K∈KK \in \mathscr{K},∣μ∣(K∩(K0−B))=0|\mu|(K \cap (K_0 - B)) = 0,根据 a),这将意味着矛盾。事实上,如果存在集合K∈KK \in \mathscr{K}使得∣μ∣(K∩(K0−B))>0|\mu|(K \cap (K_0 - B)) > 0,那么就会存在K∩(K0−B)K \cap (K_0 - B)的紧子集HH使得∣μ∣(H)>0|\mu|(H) > 0。通过 (PLI),我们将得到 H∈KH \in \mathscr{K},并且对于 nn 足够大,

∣μ∣(Ln∪H)=∣μ∣(Ln)+∣μ∣(H)>α. |\mu|(L_n \cup H) = |\mu|(L_n) + |\mu|(H) > \alpha .

但是通过(PLII)Ln∪HL_n \cup H属于到K\mathscr{K},以及α\alpha的与……矛盾定义。

定义 6 08VU

— 令 AA 为 XX 的 μ\mu 可测量子集。 AA的紧致子集的集合K\mathscr{K}如果满足第12条的条件(PLI)、(PLII)、a),b),c),d)a), b), c), d),则称其在AA中是μ\mu稠密。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 12

被以下引用 命题 6, V § 1

所有紧凑的集合,AA的子集在AA中是μ\mu密集。

当A=XA = X时,我们将简单地说“μ\mu-密集集合”来代替“集合μ\mu-密集XX”。如果X−AX - A局部μ\mu可忽略不计,则AA的紧致子集的每个集合在AA中是μ\mu稠密,在XX中也是μ\mu稠密。

注 08VV

— 假设 AA 是序列 (Ln)(L_n) 的紧集的并以及μ\mu 可忽略不计(分别是局部 μ\mu 可忽略)集合,并令 K\mathscr{K} 为紧致的集合子集即 AA 中的 μ\mu 密集。 应用到第12条的叙述的每个LnL_n性质*c*),我们看到AA是紧集*属于到*K\mathscr{K}的并序列和a μ\mu-可忽略(分别为本地μ\mu-可忽略)集合。

如果KK是XX的紧致子集,那么就可以说KK的紧致子集的集合是KK中的μ\mu-稠密,或者说它是μK\mu_K-*稠密* KK;这是从第 12 号提案的 No. 7 和条件 b) 的引理 2 和 3 得出的。

引用了 1

引用了 命题 12

命题 13 08VW

令AA为XX的μ\mu可测子集,紧致子集的K\mathscr{K}集合,即AA中的μ\mu稠密。令 H\mathfrak{H} 为 AA 满足 (PLI_I) 和 (PLII_{II}) 的紧凑子集的集合,这样,对于 H∈HH \in \mathfrak{H} 的每个K∈KK \in \mathscr{K}、集合,使得H⊂KH \subset K 是 KK 中的μK\mu_K-*稠密*(或者,相当于 μ\mu-*稠密*)。那么 H\mathfrak{H} 是 AA 中的 μ\mu 密集。

被以下引用 2

被以下引用 命题 15, 命题 3, V § 4

例如,令 LL 为 AA 的紧致子集。对于每个ε>0\varepsilon > 0,存在一个K∈KK \in \mathscr{K},使得K⊂LK \subset L和∣μ∣(L−K)≤ε/2|\mu|(L - K) \leq \varepsilon/2,然后存在一个H∈HH \in \mathfrak{H},使得H⊂KH \subset K和∣μ∣(K−H)≤ε/2|\mu|(K - H) \leq \varepsilon/2;由此可见∣μ∣(L−H)≤ε|\mu|(L - H) \leq \varepsilon、从而命题。

9. 本地可数划分

定义 7 08VX

拓扑空间TT的子集的集合A\mathfrak{A}被称为“局部可数”,如果对于每个t∈Tt \in T,存在tt的邻域VV,使得集合与 VV 相交的 A∈AA \in \mathfrak{A} 是可数的。

引用了 1

引用了 命题 3

如果TT的子集的集合A\mathfrak{A}是局部可数的,那么对于TT的每个紧凑子集KK,与KK相交的A∈AA \in \mathfrak{A}的集合是可数的,因为KK可以是被有限的数个点KK的开放邻域覆盖,每个邻域仅与子集属于到A\mathfrak{A}的可数个集合相交。

Def. 7 shows that the union of a locally countable set of μ\mu-measurable (resp. locally μ\mu-negligible) subsets of a locally compact space is μ\mu-measurable (resp. locally μ\mu-negligible) (No. 1, Prop. 3 and No. 2, Prop. 5).

命题 14 08VY

令XX为局部紧致空间,μ\mu为XX的测度,AA为XX的μ\mu可测子集,以及K\mathscr{K}集合为子集的紧致AA 即 AA 中的 μ\mu 密集。存在局部可数的集合H⊂K\mathfrak{H} \subset \mathscr{K},由成对不相交的集合组成,使得A−⋃K∈HKA - \bigcup_{K \in \mathfrak{H}} K在局部μ\mu可以忽略不计,并且对于每个K∈HK \in \mathfrak{H},μK\mu_K的支持度都是KK。

引用了 3 · 被以下引用 6

引用了 IV § 6. 。凸性不等式, 引理 2, 命题 12

被以下引用 推论 1, 习题 21, § 5, 命题 19, 命题 4, V § 2, 命题 7, V § 3, 引理 3, V § 5

考虑集合L⊂K\mathscr{L} \subset \mathfrak{K}由成对的不相交的集合组成,这样,对于每个L∈LL \in \mathscr{L},Supp⁡(μL)=L\operatorname{Supp}(\mu_L) = L。 P(K)\mathscr{P}(\mathfrak{K})的集合L\mathscr{L}形式子集H\mathscr{H}即非空(因为包含元素∅\varnothing),我们将阶乘关系包含在P(K)\mathscr{P}(\mathfrak{K})中。 H\mathscr{H}*感性*的是直接的;设H\mathfrak{H}为H\mathscr{H}(S,R,§6, No. 10)中的极大元素。让我们首先证明 H\mathfrak{H} 是“局部可数”。事实上,对于每个x∈Xx \in X,让VV成为xx的一个相对紧凑的开邻域;如果 (Ki)1≤i≤n(K_i)_{1 \leq i \leq n} 是与 VV 相交的 H\mathfrak{H} 的不同集合的有限族,则

∑i=1n∣μ∣(Ki∩V)=∣μ∣(V∩(⋃i=1nKi)) \sum_{i=1}^n |\mu|(K_i \cap V) = |\mu|\left(V \cap \left( \bigcup_{i=1}^n K_i \right)\right)

因为KiK_i是成对的不相交的、从而∑i=1n∣μ∣(Ki∩V)≤∣μ∣(V)\sum_{i=1}^n |\mu|(K_i \cap V) \leq |\mu|(V)。由此可见,如果 HV\mathfrak{H}_V 是与 VV 相交的 K∈HK \in \mathfrak{H} 的集合,则

∑K∈HV∣μ∣(K∩V)<+∞, \sum_{K \in \mathfrak{H}_V} |\mu|(K \cap V) < +\infty,

并且由于 ∣μ∣(K∩V)>0|\mu|(K \cap V) > 0 对于每个 K∈HVK \in \mathfrak{H}_V,HV\mathfrak{H}_V 必然是可数的。接下来,让我们证明N=A−⋃K∈HKN = A - \bigcup_{K \in \mathfrak{H}} K在局部μ\mu可以忽略不计。我们在上面看到NN是μ\mu可测的。如果NN不是局部可忽略的,那么包含将是不可忽略的紧集L0L_0,因此(No. 8,命题12)不可忽略的紧集L⊂L0L \subset L_0属于到K\mathfrak{K}。由于∣μL∣(L)=∣μ∣(L)>0|\mu_L|(L) = |\mu|(L) > 0(No. 7、引理 2和3),μ\mu在LL上引发的测度μL\mu_L为非零的;因此,它的支持SS是非空紧集属于到K\mathfrak{K}(PL₁),以及Supp⁡(μS)=S\operatorname{Supp}(\mu_S) = S(No. 7,引理2,(iii))。由此可见集合H∪{S}\mathfrak{H} \cup \{S\}属于到H\mathscr{H},其中与……矛盾定义H\mathfrak{H};因此,集合NN在局部可以忽略不计,从而完成证明。

10. 可测量函数定义在可测量子集上

命题 15 08VZ

令XX为局部紧凑空间,μ\mu为XX的测度,AA为XX的μ\mu可测子集,以及ff映射 AA 变为拓扑空间 FF。以下条件是等效的:

a) AA的紧致子集KK的集合H\mathfrak{H}使得ff到KK的限制是连续的,在AA中是μ\mu稠密。

b) AA的紧子集存在集合K\mathfrak{K},AA中存在μ\mu密集,使得ff的限制对每个K∈KK \in \mathfrak{K}是μK\mu_K可测。

c) 拓扑空间 GG 的FF 到子空间存在同胚 jj,以及 XX GG 的 μ\mu 可测映射 gg,使得g∣A=j∘fg|A = j \circ f.

引用了 3 · 被以下引用 14

引用了 定义 1, 命题 12, 命题 13

被以下引用 定义 8, 推论 1, 推论 2, 命题 16, 推论 2, V § 1, 命题 6, V § 1, 命题 2, V § 3, 命题 7, V § 3, 注, V § 4, 命题 1, V § 4, 命题 3, V § 4, 定理 1, V § 4, 定理 2, V § 4, 命题 8, VI § 2

d) ff 的扩张到XX 的映射进入FF,在X−AX - A 上恒定,μ\mu 可测。

显然,a) 隐含 b),d) 隐含 c)。 c) 隐含 a) 的事实源自No. 8 的第 12 条命题条件 c)。另一方面,b) 意味着 a):for, Def。图1表明,对于每个K∈KK \in \mathscr{K},KK中包含的子集H∈HH \in \mathscr{H}的集合在KK中是μK\mu_K密集(No. 8,命题12,c)),并且No. 8的命题13表明: H\mathscr{H} 是 AA 中的 μ\mu 密集。仍有待观察 a) 是否隐含 d)。令gg为ff到XX的扩张,恒定于X−AX - A。对于XX的每个紧致子集LL,L∩AL \cap A和L∩(X−A)L \cap (X - A)都是μ\mu可积的;因此,对于每个 ε>0\varepsilon > 0,都存在一个紧致子集 P⊂L∩AP \subset L \cap A 和一个紧致子集 Q⊂L∩(X−A)Q \subset L \cap (X - A),使得

∣μ∣((L∩A)−P)≤ε/4and∣μ∣((L∩(X−A))−Q)≤ε/4. |\mu|((L \cap A) - P) \leq \varepsilon/4 \quad \text{and} \quad |\mu|\left((L \cap (X - A)) - Q\right) \leq \varepsilon/4.

另一方面,PP中存在集合H∈HH \in \mathscr{H},使得∣μ∣(P−H)≤ε/2|\mu|(P - H) \leq \varepsilon/2; gg到紧集K=H∪QK = H \cup Q的限制是连续的(gg在QQ上恒定)和∣μ∣(L−K)≤ε|\mu|(L - K) \leq \varepsilon,从而完成证明。

定义 8 08W0

令XX为局部紧凑空间,μ\mu为XX的测度,AA为XX的μ\mu可测子集。将 AA 的映射 ff 转换为拓扑空间 FF,如果满足命题 15 的等价条件,则称其为 μ\mu 可测。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 15

被以下引用 § 5. 。可测量函数和集合

如果 AA 局部 μ\mu 可以忽略不计,那么 AA 到 FF 的*每个* 映射都是 μ\mu 可测量的。

推论 1 08W1

令XX为局部紧凑空间,μ\mu为XX的测度,AA为XX的μ\mu可测子集,以及ff为μ\mu可测将AA的映射转换为拓扑空间FF。令K\mathscr{K}为XX的紧致子集的集合,μ\mu-稠密于XX。那么,存在由局部可忽略的集合NN和集合Kλ∈KK_\lambda \in \mathscr{K}的局部可数族(Kλ)λ∈L(K_\lambda)_{\lambda \in L}组成的AA的划分,使得f∣Kλf|K_\lambda对于每个λ∈L\lambda \in L都是连续的。

引用了 4

引用了 命题 1, 命题 12, 命题 14, 命题 15

鉴于No. 9,第14条命题,足以证明子集K∈KK \in \mathscr{K}的集合H⊂K\mathscr{H} \subset \mathscr{K}使得K⊂AK \subset A和f∣Kf|K是连续的,在AA中是μ\mu稠密。现在,从No. 1的第1条和第15条的条件d)可以立即得出,对于AA的每个紧凑子集K0K_0和每个ε>0\varepsilon > 0,存在子集K⊂K0K \subset K_0属于 K\mathscr{K}使得∣μ∣(K0−K)≤ε|\mu|(K_0 - K) \leq \varepsilon和f∣Kf|K是连续的;因此,结论来自于No. 8的第12条命题。

推论 2 08W2

令KK为XX的紧致子空间;在阶中,KK的映射ff变成拓扑空间FF是μ\mu可测,它是μK\mu_K可测是充分必要的。

引用了 3

引用了 引理 2, 命题 1, 命题 15

鉴于No. 7的引理2,这立即来自No. 1的提案1和提案15的条件a)。

命题 16 08W3

令A\mathfrak{A}为μ\mu的局部可数集合-可测量XX的子集,并令B=⋃A∈AAB = \bigcup_{A \in \mathfrak{A}} A。为了使BB的映射ff成为空间FF是μ\mu可测的,ff的限制对每个A∈AA \in \mathfrak{A}是必要且充分的μ\mu-可测量。

引用了 2 · 被以下引用 5

引用了 命题 15, 命题 4(本地化的原理)

被以下引用 命题 17, 命题 3, IX § 2, 命题 4, V § 3, 命题 7, V § 3, V § 7. 。与诱导措施相关的积分

我们已经观察到 (No. 9) BB 是 μ\mu 可测的。 条件显然是必要的,让我们证明它是充分的。因此,令 KK 为 BB 的紧致子集。到假设,存在集合属于到A\mathfrak{A}的序列(An)(A_n),使得K∩AnK \cap A_n形式覆盖KK。 集合C0=K∩A0C_0 = K \cap A_0 和

Cn=K∩An∩C(⋃i<nCi) C_n = K \cap A_n \cap \mathbf{C}\left( \bigcup_{i < n} C_i \right)
对于n>0n > 0,使得KK的非空CnC_n形式划分变成μ\mu可积集合。由于ff到CnC_n的限制是μ\mu可测量的,因此存在由μ\mu可忽略的集合NnN_n和序列形成的CnC_n的划分紧集的(Lmn)m≥0(L_{mn})_{m \geq 0}使得f∣Lmnf|L_{mn}是连续的。由于 N=⋃nNnN = \bigcup_n N_n μ\mu 可以忽略不计,我们看到第 15 条命题的条件 a) 得到满足,从而命题。

提案 15 的性质 d) 使得可以立即将在第 2 至 5 条中观察到的在所有 XX 上定义的可测量函数的属性推广到在 XX 的可测量子集 AA 上定义的可测量函数;这些推广留给读者。我们仅明确指出,当假设函数 gxg_x 中的每一个仅在 VxV_x 中定义(或VxV_x 中几乎所有位置)且可测量时,点本地化的原理(No. 2,命题 4)仍然有效。

11. 度量收敛

Let XX be a locally compact 空间, μ\mu a measure on XX, AA a μ\mu-measurable 子集 of XX, and FF a uniform 空间; we shall denote by S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F), or SF(A,μ)\mathscr{S}_F(A, \mu) (or simply SF(μ)\mathscr{S}_F(\mu), or even SF\mathscr{S}_F, when A=XA = X) 集合 of μ\mu-*measurable 映射 of AA into F∗F* (No. 10,默认值 8)。 For every entourage VV of the uniform 结构 of FF, every μ\mu-integrable 集合 B⊂AB \subset A and every 数 δ>0\delta > 0, we shall denote by W(V,B,δ)W(V, B, \delta) 集合 of 对 (f,g)(f, g) of 函数 in S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F) having the following 性质: 集合 MM of all x∈Bx \in B for which (f(x),g(x))∉V(f(x), g(x)) \notin V is such that ∣μ∣∗(M)≤δ|\mu|^*(M) \leq \delta. Let us show that 集合 W(V,B,δ)W(V, B, \delta) 形式 a fundamental 系统 of entourages for a uniform 结构 on S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F): it is clear that W(V,B,δ)W(V, B, \delta) is symmetric if VV is, and that if V′⊂V, B′⊃BV' \subset V,\ B' \supset B and δ′≤δ\delta' \leq \delta,那么

W(V′,B′,δ′)⊂W(V,B,δ); W(V', B', \delta') \subset W(V, B, \delta);

it therefore suffices to verify the axiom (UIII′)(U'_{III}) (GT, II, §1, No. 1). Now, if V′V' is an entourage such that V′2⊂V{V'}^2 \subset V, then

W(V′,B,δ/2)∘W(V′,B,δ/2)⊂W(V,B,δ). W(V', B, \delta/2) \circ W(V', B, \delta/2) \subset W(V, B, \delta).

注 that as KK runs over a μ\mu-dense 集合 K\mathfrak{K} of compact 子集 of AA, 集合 W(V,K,δ)W(V, K, \delta) also 形式 a fundamental 系统 of entourages for the preceding uniform 结构: for, for every integrable 集合 B⊂AB \subset A, there exists 紧集 K∈KK \in \mathfrak{K} contained in BB such that ∣μ∣(B−K)≤δ|\mu|(B - K) \leq \delta, and therefore W(V,K,δ)⊂W(V,B,2δ)W(V, K, \delta) \subset W(V, B, 2\delta).

定义 9 08W4

uniform 结构 on S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F) of which the W(V,B,δ)W(V, B, \delta) 形式 a fundamental 系统 of entourages is called the uniform 结构 of convergence in measure in AA.*.

引用了 1

引用了 命题 7

相应的拓扑 is called the 拓扑 of convergence in measure in AA, and a filter (or 序列) that converges for this 拓扑 is said to be convergent in measure in AA; the mention of AA is often suppressed when A=XA = X.

假设 FF 是 Hausdorff;那么,对于每个μ\mu可积集合B⊂AB \subset A,W(V,B,δ)W(V, B, \delta)的交,其中VV运行在FF的基本系统上,δ\delta运行在集合上数>0> 0,是对(f,g)(f, g)的集合,使得f(x)=g(x)f(x) = g(x)*几乎在BB*中的任何地方(*相对于μ\mu*)。对于x∈Bx \in B的集合MM,使得f(x)≠g(x)f(x) \neq g(x)是μ\mu可积,因为它是逆像,在μ\mu可测映射x↦(f(x),g(x))x \mapsto (f(x), g(x))下,是对角线的补集F×FF \times F,开放(No. 5,提案 7);如果∣μ∣(M)=α>0|\mu|(M) = \alpha > 0,则存在紧子集K⊂MK \subset M,使得∣μ∣(M−K)<α/2|\mu|(M - K) < \alpha/2并且ff和gg到KK的限制是连续的;因而,存在 FF 的随行人员 V0V_0,使得 (f(x),g(x))∉V0(f(x), g(x)) \notin V_0 代表所有 x∈Kx \in K,因而 (f,g)∉W(V0,B,α/2)(f, g) \notin W(V_0, B, \alpha/2)。

由此可知,如果 FF 是 Hausdorff,则 S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F) 所有随从的交是对 (f,g)(f, g) 的集合,使得 f(x)=g(x)f(x) = g(x) 在 AA 中几乎无处不在。与 S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F) 相关的豪斯多夫制服空间,我们将其表示为 S(A,μ;F)S(A, \mu; F) 或 SF(A,μ)S_F(A, \mu)(或者当 A=XA = X 时甚至为 SF(μ)S_F(\mu) 或 SFS_F),因此由关系的 等价类 组成f(x)=g(x)f(x) = g(x) 本地几乎所有AA » 集合 S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)。

命题 17 08W5

— 令 (Aλ)λ∈L(A_\lambda)_{\lambda \in L} 为 AA 的 μ\mu 可测量子集的局部可数族,两两配对不相交的,并且 A−⋃λ∈LAλA - \bigcup_{\lambda \in L} A_\lambda 局部 μ\mu 可忽略不计。如果对于每个类f∈S(A,μ;F)f \in S(A, \mu; F)和每个λ∈L\lambda \in L,fλf_\lambda表示类ff中任何函数的限制到AλA_\lambda中的类,则映射 ψ:f↦(fλ)λ∈L\psi : f \mapsto (f_\lambda)_{\lambda \in L} 是制服空间 S(A,μ;F)S(A, \mu; F) 的同构到乘积制服空间 ∏λ∈LS(Aλ,μ;F)\prod_{\lambda \in L} S(A_\lambda, \mu; F)。

引用了 1 · 被以下引用 2

引用了 命题 16

被以下引用 命题 18, 命题 19

从 No. 10,第 16 条命题可知 ψ\psi 是双射的。考虑S(A,μ;F)S(A, \mu; F)的随行人员TT,即W(V,B,δ)W(V, B, \delta)的典范像,其中BB是AA的紧凑子集;我们知道λ∈L\lambda \in L的集合JJ使得B∩Aλ≠∅B \cap A_\lambda \neq \varnothing是可数的(No. 9),并且∣μ∣(B)=∑λ∈J∣μ∣(B∩Aλ)|\mu|(B) = \sum_{\lambda \in J} |\mu|(B \cap A_\lambda);因此,存在 JJ 的有限子集 HH 使得

∑λ∈J−H∣μ∣(B∩Aλ)≤δ2. \sum_{\lambda \in J - H} |\mu|(B \cap A_\lambda) \leq \frac{\delta}{2}.

ψ×ψ\psi \times \psi下的TT的像则包含在乘积∏λ∈HW(V,B∩Aλ,δ)\prod_{\lambda \in H} W(V, B \cap A_\lambda, \delta)的典范像中。另一方面,如果mm是HH的元素数,则随行人员∏λ∈HW(V,Aλ,δ/2m)\prod_{\lambda \in H} W(V, A_\lambda, \delta/2m)的ψ×ψ\psi \times \psi包含典范像下的TT像,这就证明了命题。

命题 18 08W6

— *If FF is metrizable, and AA is 并 of a locally μ\mu-negligible 集合 and 序列 (An)(A_n) of μ\mu-integrable 集合, then 空间 S(A,μ;F)S(A, \mu; F) is可计量化。

引用了 1 · 被以下引用 1

引用了 命题 17

被以下引用 命题 19

Since each AnA_n is 并 of a negligible 集合 and 序列 of 紧集, we can suppose that the AnA_n are already compact and pairwise 不相交的.然后,第 17 条命题允许我们假设 AA 是紧致的。 If (Vn)(V_n) is a countable fundamental 系统 of entourages of FF, it is clear that the W(Vn,A,1/n)W(V_n, A, 1/n) 形式 a fundamental 系统 of entourages of S(A,μ;F)S(A, \mu; F) as nn runs over N\mathbf{N}, 从而命题。

引理 4 08W7

— *令FF为可度量均匀空间,并令B⊂AB \subset A为μ\mu可积集合的可数并。 Then, for every Cauchy 序列 (fn)(f_n) in S(A,μ;F)S(A, \mu; F), there exists a subsequence (fnk)(f_{n_k}) of (fn)(f_n) such that (fnk(x))(f_{n_k}(x)) is a Cauchy 序列 in FF for almost every x∈Bx \in B.

被以下引用 2

被以下引用 推论, 命题 19

首先假设BB是可积的,并用dd表示与FF的统一结构兼容的度量。我们将在S(A,μ;F)S(A, \mu; F)中递归函数的定义双序列(fmn)(f_{mn}),使得f0n=fnf_{0n} = f_n对于每个nn,(fmn)n≥0(f_{mn})_{n \geq 0}对于每个m>0m > 0都是(fm−1,n)n≥0(f_{m-1,n})_{n \geq 0}的子序列,并且,最后,对于x∈Bx \in B中的每个m>0m > 0集合MmnM_{mn},其中d(fmn(x),fm,n+1(x))>1/2m+n+1d(f_{mn}(x), f_{m,n+1}(x)) > 1/2^{m+n+1}都有∣μ∣(Mmn)≤1/2m+n+1|\mu|(M_{mn}) \leq 1/2^{m+n+1}的度量;

这种定义的可能性源于(fn)(f_n)是S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)中的柯西序列。 集合Mm=⋃n≥0MmnM_m = \bigcup_{n \geq 0} M_{mn};然后

∣μ∣(Mm)≤∑n=0∞∣μ∣(Mmn)≤1/2m |\mu|(M_m) \leq \sum_{n=0}^{\infty} |\mu|(M_{mn}) \leq 1/2^m

并且,对于每个 x∈B−Mmx \in B - M_m,对于所有 n≥0n \geq 0 和所有 p>0p > 0,我们都有 d(fmn(x),fm,n+p(x))≤1/2m+nd(f_{mn}(x), f_{m,n+p}(x)) \leq 1/2^{m+n};因此,序列(fmn(x))n≥0(f_{mn}(x))_{n \geq 0}是FF中的柯西序列。现在让 N=⋂m=0∞MmN = \bigcap_{m=0}^{\infty} M_m; NN可以忽略不计。每 n≥0n \geq 0 集合 gn=fnng_n = f_{nn};对于每个mm,序列(gn)n≥m(g_n)_{n \geq m}是序列(fmn)n≥0(f_{mn})_{n \geq 0}的子序列;如果x∈B−Nx \in B - N,则存在指标 mm使得x∉Mmx \notin M_m,证明序列(gn(x))(g_n(x))是FF中的柯西序列。

如果现在BB是可积集合的序列(Bm)(B_m)的并,则可以递归地定义双序列(gmn)(g_{mn})使得g0n=fng_{0n} = f_n,(gmn)n≥0(g_{mn})_{n \geq 0}是每个m>0m > 0的(gm−1,n)n≥0(g_{m-1,n})_{n \geq 0}子序列,并且序列(gmn(x))n≥0(g_{mn}(x))_{n \geq 0}是Bm−PmB_m - P_m中的柯西序列,其中PmP_m可以忽略不计。对于每个n≥0n \geq 0,集合hn=gnnh_n = g_{nn},因此,对于每个mm,序列(hn)n≥m(h_n)_{n \geq m}是(gmn)n≥0(g_{mn})_{n \geq 0}的子序列;对于每个 x∈B−Px \in B - P,序列 (hn(x))n≥0(h_n(x))_{n \geq 0} 是FF 中的柯西序列,其中 P=⋃m=0∞PmP = \bigcup_{m=0}^{\infty} P_m 可以忽略不计。

命题 19 08W8

如果制服空间FF可度量且完整,则制服空间S(A,μ;F)S(A, \mu; F)完整。

引用了 4

引用了 引理 4, 命题 14, 命题 17, 命题 18

存在AA的紧凑子集的局部可数族(Kλ)λ∈L(K_{\lambda})_{\lambda \in L},使得KλK_{\lambda}成对不相交的且A−⋃λKλA - \bigcup_{\lambda} K_{\lambda}局部可忽略不计(No. 9,命题14)。根据第 17 条命题,S(A,μ;F)S(A, \mu; F) 同构于乘积 ∏λ∈LS(Kλ,μ;F)\prod_{\lambda \in L} S(K_{\lambda}, \mu; F);因此,当 AA 可积时,我们就减少到证明命题;然后S(A,μ;F)S(A, \mu; F)是可度量的(命题18),并且通过引理 4,对于S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)中的每个柯西序列(fn)(f_n),都存在一个收敛于A−NA - N的子序列(fnk)(f_{n_k}),其中NN可以忽略不计; (fnk)(f_{n_k})的极限ff(以任何方式扩展到所有AA)则μ\mu是可测量的,并且从No. 10中提到的叶戈罗夫的定理的扩张得出序列 (fnk)(f_{n_k}) 在测量中收敛到 AA 中的 ff。这意味着ff是S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)中序列(fn)(f_n)的集群点,并且由于序列(fn)(f_n)是假设柯西序列,因此它收敛到ff。

Q.E.D.

推论 08W9

— 令 F 为可度量的均匀值空间。

引用了 1

引用了 引理 4

(i) S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F) 的元素的每个序列 (fn)(f_n) 几乎处处局部收敛到 A 的映射 ff(必然 μ\mu 可测)到 F,在测度上收敛到 A 中的 ff。

(ii) 设(fn)(f_n)为S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)的元素的序列,其收敛于A的映射ff进入F。对于每个集合B⊂AB \subset A,它是可数可积的并集合,存在(fn)(f_n)的子序列(fnk)(f_{n_k}),使得对于几乎每个x∈Bx \in B,序列(fnk(x))(f_{n_k}(x))在F中收敛到f(x)f(x)。

(i) 断言紧随No. 10 中提到的叶戈罗夫定理的扩张。

(ii) 到引理 4,存在(fn)(f_n)的子序列(fnk)(f_{n_k}),使得对于每个x∈B−Nx \in B - N,(fnk(x))(f_{n_k}(x))是F中的柯西序列,其中N可以忽略不计;令f′(x)∈F^f'(x) \in \widehat{F}为x∈B−Nx \in B - N的序列的极限。很明显,f′f'是B−NB - N到F^\widehat{F}的μ\mu可测映射,并且序列(fn)(f_n)通过(i)在B−NB - N中收敛到f′f';因此,在 B 中几乎所有地方 f′f' 都等于 ff。

命题 20 08WA

— 令 F 为 Banach 空间,配备由其范数定义的制服结构。

引用了 4 · 被以下引用 1

引用了 推论, IV § 4, 定理 1, 推论 6, 定理 5

被以下引用 命题 21

(i) 对于X的每个μ\mu可测子集A,测度收敛的拓扑与S(A,μ;F)\mathscr{S}(A, \mu; F)的向量空间结构兼容。

(ii) 空间 K(X;F)\mathscr{K}(X; F) 在 S(X,μ;F)\mathscr{S}(X, \mu; F) 中是稠密的。

(iii) 对于每一个实数p≥1p \geq 1,拓扑在空间LFp(X,μ)\mathscr{L}_F^p(X, \mu)上通过拓扑的收敛测量比阶pp的平均收敛拓扑粗糙。

(i) 对于 A 的每个μ\mu可积子集 B 和每个δ>0\delta > 0,用f∈S(A,μ;F)f \in \mathscr{S}(A, \mu; F)的T(B,δ)T(B, \delta)集合表示,其中x∈Bx \in B的集合C使得∣f(x)∣≥δ|f(x)| \geq \delta满足关系∣μ∣(C)≤δ|\mu|(C) \leq \delta;显然,如果VδV_\delta是由对(y,z)(y, z)形成的F的周边,使得∣y−z∣≤δ|y - z| \leq \delta,则周边W(Vδ,B,δ)W(V_\delta, B, \delta)是A到F中可测量的映射的对(f,g)(f, g)的集合,使得f−g∈T(B,δ)f - g \in T(B, \delta)。很明显,集合 T(B,δ)T(B, \delta) 是对称的,并且对于每个非零的标量 α\alpha,T(B,δ)+T(B,δ)⊂T(B,2δ)T(B, \delta) + T(B, \delta) \subset T(B, 2\delta) 和 T(B,∣α∣δ)⊂αT(B,δ)T(B, |\alpha|\delta) \subset \alpha T(B, \delta) 使得 ∣α∣≤1|\alpha| \leq 1;因此,只需验证集合 T(B,δ)T(B, \delta) 具有吸收性(TVS,I, §1, No. 5,命题 4)。现在,如果ff是A到F中的μ\mu可测映射,则数值函数∣f∣|f|也是μ\mu可测(No. 3,Th.1的Cor.6)。令CnC_n为x∈Bx \in B的集合,使得∣f(x)∣≥n|f(x)| \geq n;可积集合的 CnC_n 形式递减序列,其交为空;因此存在整数 nn 使得 ∣μ∣(Cn)≤δ|\mu|(C_n) \leq \delta (§ 4, No. 5,第 7 号提案的 Cor.);我们还可以假设nn取足够大即1/n≤δ1/n \leq \delta;然后f/n2∈T(B,δ)f/n^2 \in T(B, \delta),完成断言 (i) 的证明。

(iii) 关系 ∫∣f∣pd∣μ∣≤δp+1\int |f|^p d|\mu| \leq \delta^{p+1} 意味着如果 CC 是 x∈Xx \in X 的集合,使得 ∣f(x)∣≥δ|f(x)| \geq \delta,则

δp∣μ∣∗(C)≤∫∣f∣pd∣μ∣≤δp+1, \delta^p |\mu|^*(C) \leq \int |f|^p d|\mu| \leq \delta^{p+1},

从而∣μ∣∗(C)≤δ|\mu|^*(C) \leq \delta,证明(iii)。

(ii) 鉴于 (​​iii),足以证明对于例,LF1\mathscr{L}_F^1 在 SF\mathscr{S}_F 中是稠密的,因为到定义 H(X;F)\mathscr{H}(X; F) 在 LF1\mathscr{L}_F^1 中是稠密的,对于均值收敛的拓扑而言。现在,令ff为SF\mathscr{S}_F的任意元素,并令T(B,δ)T(B, \delta)为空间中0的邻域;我们在(i)中看到,存在BB的可积子集CC,使得∣μ∣(C)≤δ|\mu|(C) \leq \delta并且ff在B−CB - C上*有界*;然后用gg函数表示等于B−CB - C上的ff并在X−(B−C)X - (B - C)上等于0,它从No. 6,Th得出。 5 gg可积,显然f−g∈T(B,δ)f - g \in T(B, \delta)。

注 08WB

— 1) 拓扑向量空间S(X,μ;F)\mathscr{S}(X, \mu; F)不一定是局部凸的(Exer.24)。 2) 在ff的集合上诱导拓扑,使得Np(f)≤1N_p(f) \leq 1通过拓扑的测量收敛可能严格比在集合通过拓扑的平均收敛阶pp诱导的拓扑更粗糙(练习22)。不过,请参阅下面的第 21 条提案。

引用了 1

引用了 命题 21

定义 10 08WC

令XX为局部紧致空间,μ\mu为XX的测度,FF为Banach空间和p∈[1,+∞[p \in [1, +\infty[。 LFp(X,μ)\mathscr{L}_F^p(X, \mu) 的子集 HH 被认为是阶 pp(对于μ\mu)等可积,如果它满足以下条件:

被以下引用 1

被以下引用 命题 21

(i) 对于每个ε>0\varepsilon > 0,都存在一个δ>0\delta > 0,这样,对于每个∣μ∣(A)≤δ|\mu|(A) \leq \delta的可积集合AA和每个f∈Hf \in H,

∫∣f∣pφAd∣μ∣≤ε. \int |f|^p \varphi_A d|\mu| \leq \varepsilon.

(ii) 对于每个ε>0\varepsilon > 0,存在一个XX的紧凑子集KK,这样,对于每个f∈Hf \in H,∫∣f∣pφX−Kd∣μ∣≤ε\int |f|^p \varphi_{X-K} d|\mu| \leq \varepsilon。

当 p=1p = 1 时,我们说“可等积”而不是“阶 1 可等积”。

注 08WD

— 假设 μ\mu 有界。对于每个a>0a > 0,XX的可测量映射到FF的集合,使得∣f(x)∣≤a|f(x)| \leq a几乎处处都是阶pp等可积,对于任何p∈[1,+∞[p \in [1, +\infty[都是如此。

命题 21 08WE

设 HH 为 LFp(X,μ)\mathscr{L}_F^p(X, \mu) 的子集,它是阶 pp 等可积的。在HH上,测度收敛的均匀结构等于LFp(X,μ)\mathscr{L}_F^p(X, \mu)的均匀收敛结构。

引用了 2 · 被以下引用 1

引用了 定义 10, 命题 20

被以下引用 注

让ε>0\varepsilon > 0。存在具有 Def 的性质 (i) 和 (ii) 的δ\delta 和 KK。 10. 令HH中的f,gf, g为:

∣f(x)−g(x)∣≤(ε∣μ∣(K))1/p |f(x) - g(x)| \leq \left( \frac{\varepsilon}{|\mu|(K)} \right)^{1/p}

对于x∈Kx \in K,措施≤δ\leq \delta的集合MM除外。然后

(∫X−K∣f−g∣pd∣μ∣)1/p≤(∫X−K∣f∣pd∣μ∣)1/p+(∫X−K∣g∣pd∣μ∣)1/p \left( \int_{X-K} |f-g|^p d|\mu| \right)^{1/p} \leq \left( \int_{X-K} |f|^p d|\mu| \right)^{1/p} + \left( \int_{X-K} |g|^p d|\mu| \right)^{1/p}
≤2ε1/p \leq 2\varepsilon^{1/p}

和类似地

(∫M∣f−g∣pd∣μ∣)1/p≤2ε1/p, \left( \int_M |f-g|^p d|\mu| \right)^{1/p} \leq 2\varepsilon^{1/p},
因此
∫∣f−g∣pd∣μ∣=∫X−K∣f−g∣pd∣μ∣+∫M∣f−g∣pd∣μ∣+∫K−M∣f−g∣pd∣μ∣ \int |f-g|^p d|\mu| = \int_{X-K} |f-g|^p d|\mu| + \int_M |f-g|^p d|\mu| + \int_{K-M} |f-g|^p d|\mu|
≤2pε+2pε+ε∣μ∣(K)∣μ∣(K−M)≤(2p+1+1)ε. \leq 2^p \varepsilon + 2^p \varepsilon + \frac{\varepsilon}{|\mu|(K)} |\mu|(K-M) \leq (2^{p+1} + 1)\varepsilon.

因此,HH上测量收敛的均匀结构是更细,而不是LFp(X,μ)\mathscr{L}_F^p(X, \mu)引起的均匀结构。那么应用提案 20 就足够了。

12. 性质模糊收敛

引理 5 08WF

令XX为局部紧致空间,μ\mu为XX上的有界正测度,FF为Banach空间,以及ff为XX上的有界函数,其中值为FF。以下条件是等效的:

引用了 6 · 被以下引用 1

引用了 IV § 3. 。 L$^p$空间, 命题 5, 推论 4, 命题 10, 推论 2, IV § 4, IX § 2. 。 运算关于措施

被以下引用 命题 22

(i) ff的不连续性点的集合是μ\mu-可忽略不计。

(ii) 对于每个ε>0\varepsilon > 0,存在FF、函数g1,…,gng_1, \ldots, g_n属于到K(X)\mathscr{K}(X)的元素a1,…,ana_1, \ldots, a_n,以及XX上的有界连续函数h≥0h \geq 0,使得∣f−g1a1−⋯−gnan∣≤h≤2sup⁡∣f∣|f - g_1 a_1 - \cdots - g_n a_n| \leq h \leq 2 \sup |f| XX 和 ∫hdμ≤ε\int h d\mu \leq \varepsilon。

用ff的不连续性点的NN集合表示,并令M=sup⁡∣f∣M = \sup |f|。

(i) ⇒\Rightarrow (ii)。假设满足条件(i)。让ε>0\varepsilon > 0。 函数 ff 是 μ\mu 可积(No. 2,第 5 条命题第 4 条,以及 No. 6,第 5 条),因此在 FF 中存在a1,…,ana_1, \ldots, a_n,在K(X)\mathscr{K}(X) 中存在g1,…,gng_1, \ldots, g_n,这样, 设定k=∣f−g1a1−⋯−gnan∣k = |f - g_1 a_1 - \cdots - g_n a_n|,我们有∫kdμ≤ε/2\int k d\mu \leq \varepsilon/2(§ 3, No. 5,

提案 10)。将g1,…,gng_1, \ldots, g_n乘以K(X)\mathscr{K}(X)的适当相同的元素,我们可以在加法中假设

∣g1a1+⋯+gnan∣≤M=sup⁡∣f∣ |g_1 a_1 + \cdots + g_n a_n| \leq M = \sup |f|

X、从而k≤2Mk \leq 2M。 kk的间断点点的集合N′N'包含在NN中,因此可以忽略不计。对于每个 x∈Xx \in X、集合 l(x)=lim sup⁡y→xk(y)l(x) = \limsup_{y \to x} k(y)。

然后X上的2M≥l≥k2M \geq l \geq k,以及X−N′X - N'上的l=kl = k,也就是说,几乎到处都是μ\mu,因此∫l dμ≤ε/2\int l \, d\mu \leq \varepsilon / 2。另一方面,ll是有界且上半连续的,因此是有界连续函数≥l\geq l的集合的下包络线。因此,在X上存在有界连续函数h≥lh \geq l,使得h≤2Mh \leq 2M和∫h dμ≤∫l dμ+ε/2\int h \, d\mu \leq \int l \, d\mu + \varepsilon / 2(§ 4, No. 4,第5条命题的Cor.2)。然后是∫h dμ≤ε\int h \, d\mu \leq \varepsilon和∣f−g1a1−⋯−gnan∣≤h|f - g_1 a_1 - \cdots - g_n a_n| \leq h。

(ii) ⇒\Rightarrow (i)。假设满足条件(ii)。对于每个 x∈Xx \in X 令 ω(x)\omega(x) 为 f 在 x (GT, IX, § 2, No. 3) 处的振荡。让ε>0\varepsilon > 0。存在具有(ii)性质的a1,…,an,g1,…,gn,ha_1, \ldots, a_n, g_1, \ldots, g_n, h。对于每个x∈Xx \in X,ω(x)\omega(x)是f−g1a1−⋯−gnanf - g_1 a_1 - \cdots - g_n a_n在x处的振荡,因而ω(x)≤2h(x)\omega(x) \leq 2h(x)。因而∫ω dμ≤2ε\int \omega \, d\mu \leq 2\varepsilon。因而,x∈Xx \in X的集合AεA_\varepsilon使得ω(x)≥ε\omega(x) \geq \sqrt{\varepsilon}满足μ(Aε)≤2ε\mu(A_\varepsilon) \leq 2\sqrt{\varepsilon}。这就证明了μ(N)≤2ε\mu(N) \leq 2\sqrt{\varepsilon},从而μ(N)=0\mu(N) = 0。

命题 22 08WG

— *令 F 为 Banach 空间、X E\mathscr{E} 的X、μ\mu 元素上的局部紧致空间、E\mathscr{E} 集合和B\mathscr{B} 滤波器基 E\mathscr{E}。假设B\mathscr{B}模糊地收敛于μ\mu,并且∥ν∥\| \nu \|相对于B\mathscr{B}趋于∥μ∥\| \mu \|。令 f 为 X 的映射代入 F 满足以下条件:

引用了 2 · 被以下引用 2

引用了 命题 12, IV § 4, 引理 5

被以下引用 例, 注

(i) f 是有界的,并且对于 μ\mu 以及属于到 B\mathscr{B} 的某个元素的每个测度可积; (ii) f 的不连续性的点的集合是μ\mu-可忽略不计。 那么∫f dν\int f \, d\nu相对于B\mathscr{B}趋向于∫f dμ\int f \, d\mu。

让ε>0\varepsilon > 0。 F 中存在元素 a1,…,ana_1, \ldots, a_n,K(X)\mathscr{K}(X) 中存在函数 g1,…,gng_1, \ldots, g_n,X 上存在有界连续函数 h≥0h \geq 0,使得

∣f−g1a1−⋯−gnan∣≤h≤2sup⁡∣f∣ |f - g_1 a_1 - \cdots - g_n a_n| \leq h \leq 2 \sup |f|

X 和 ∫h dμ≤ε\int h \, d\mu \leq \varepsilon (引理 5)。让M=sup⁡∣f∣M = \sup |f|。存在 X 的紧致子集 K,使得 μ∗(X−K)≤ε\mu^*(X - K) \leq \varepsilon(§ 4, No. 7,第 12 条命题和 No. 6,第 4 条),在 X 中存在 K 的紧致邻域 K′K',以及连续的映射 h′h' X 转换为 [0,2M][0, 2M],使得 h′=hh' = h 在 K 上,h′=2Mh' = 2M 在 X−K′X - K' 上; 替换h′h'乘以sup⁡(h,h′)\sup(h, h'),我们可以在加法中假设h′≥hh' \geq h。然后∫(h′−h) dμ≤2Mμ∗(X−K)≤2Mε\int (h' - h) \, d\mu \leq 2M \mu^*(X - K) \leq 2M \varepsilon。另一方面,h′=h1+2Mh' = h_1 + 2M,其中h1∈K(X)h_1 \in \mathscr{K}(X)。考虑到§ 4, No. 7、第 12 号提案、数

∫h′ dν=∫h1 dν+2M∥ν∥ tends to ∫h1 dμ+2M∥μ∥=∫h′ dμ with respect to B. There then exists an A∈B such that, for every ν∈A, \int h' \, d\nu = \int h_1 \, d\nu + 2M \|\nu\| \text{ tends to } \int h_1 \, d\mu + 2M \|\mu\| = \int h' \, d\mu \text{ with respect to } \mathscr{B}. \text{ There then exists an } A \in \mathscr{B} \text{ such that, for every } \nu \in A,
∣∫(g1a1+⋯+gnan) dν−∫(g1a1+⋯+gnan) dμ∣≤ε, \left| \int (g_1 a_1 + \cdots + g_n a_n) \, d\nu - \int (g_1 a_1 + \cdots + g_n a_n) \, d\mu \right| \leq \varepsilon,
∫h dν≤∫h′ dν≤∫h′ dμ+ε≤∫h dμ+2Mε+ε≤2(M+1)ε. \int h \, d\nu \leq \int h' \, d\nu \leq \int h' \, d\mu + \varepsilon \leq \int h \, d\mu + 2M \varepsilon + \varepsilon \leq 2(M + 1)\varepsilon.
这些不平等意味着
∣∫f dν−∫f dμ∣≤ \left| \int f \, d\nu - \int f \, d\mu \right| \leq
∫h dν+∣∫(g1a1+⋯+gnan) dν−∫(g1a1+⋯+gnan) dμ∣+∫h dμ \int h \, d\nu + \left| \int (g_1 a_1 + \cdots + g_n a_n) \, d\nu - \int (g_1 a_1 + \cdots + g_n a_n) \, d\mu \right| + \int h \, d\mu
≤2(M+2)ε, \leq 2(M + 2)\varepsilon,
这就证明了命题。

注 08WH

如果ff连续且有界,则满足命题 22 的条件 (i) 和 (ii)。

引用了 1

引用了 命题 22

例 08WI

让我们将XX视为绝对值 1 的复数的紧致空间U\mathbf{U}。在设定μ(f)=∫01f(e2iπt) dt\mu(f) = \int_0^1 f(e^{2i\pi t}) \, dt上,对于每个f∈H(U)f \in \mathscr{H}(\mathbf{U}),一个定义是U\mathbf{U}上质量1的正测量值。另一方面,令θ\theta为实数;对于每个整数 n≥0n \geq 0,令 νn\nu_n 为单位质量,放置在 U\mathbf{U} 的点 e2iπnθe^{2i\pi n \theta} 处,并让

μn=1n+1(ν0+⋯+νn), \mu_n = \frac{1}{n+1} (\nu_0 + \cdots + \nu_n),
因此 μn\mu_n 是 U\mathbf{U} 上质量 1 的正量度。那么,如果θ\theta是无理数,则μn\mu_n模糊地趋向于μ\mu。因为,由于函数 z↦zkz \mapsto z^k (k∈Zk \in \mathbf{Z}) 的线性组合在 H(U)\mathscr{H}(\mathbf{U}) 中是稠密的(GT,X, §4, No. 4,命题 8),因此只要证明μn(zk)\mu_n(z^k) 对于 k∈Zk \in \mathbf{Z} 趋向于 μ(zk)\mu(z^k) 即可。现在,对于k=0k = 0,μn(zk)=μ(zk)=1\mu_n(z^k) = \mu(z^k) = 1;对于k≠0k \neq 0,
μn(zk)=1n+1(1+e2iπkθ+e4iπkθ+⋯+e2iπknθ). \mu_n(z^k) = \frac{1}{n+1} (1 + e^{2i\pi k \theta} + e^{4i\pi k \theta} + \cdots + e^{2i\pi k n \theta}).
由于e2iπkθ≠1e^{2i\pi k \theta} \neq 1(因为θ\theta是无理数),我们推断
∣μn(zk)∣=∣1n+1e2iπk(n+1)θ−1e2iπkθ−1∣≤1n+12∣e2iπkθ−1∣, |\mu_n(z^k)| = \left| \frac{1}{n+1} \frac{e^{2i\pi k(n+1)\theta} - 1}{e^{2i\pi k \theta} - 1} \right| \leq \frac{1}{n+1} \frac{2}{|e^{2i\pi k \theta} - 1|},

因此μn(zk)\mu_n(z^k)趋向于0=μ(zk)0 = \mu(z^k)。在这些条件下,可以应用命题22,并且我们特别看到,如果AA是UU的子集,并且相对于μ\mu的边界可以忽略不计,那么μn(A)\mu_n(A)趋向于μ(A)\mu(A)。在其他字中,如果pnp_n表示整数k∈[0,n]k \in [0, n]中的数,使得e2iπkθ∈Ae^{2i\pi k \theta} \in A,则n−1pnn^{-1} p_n趋向于μ(A)\mu(A),就像nn趋于+∞+\infty一样。

引用了 1

引用了 命题 22

习题

参见习题为 § 5。

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