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§ 1。基本上衣整体
1. 本质上积分的定义
对于每个函数 f ∈ F + ( T ) f \in \mathscr{F}_+(T) f ∈ F + ( T ) ,我们调用 f f f 关于 μ \mu μ 的本质上积分,并用 μ ∙ ( f ) \mu^\bullet(f) μ ∙ ( f ) 表示,即数 μ ∗ ( f φ K ) \mu^*(f \varphi_K) μ ∗ ( f φ K ) 集合的上界,无论是否有限,其中 K K K 超出T T T 紧凑子集集合。对于T T T 中的每子集A A A ,有一个集合μ ∙ ( A ) = μ ∙ ( φ A ) \mu^\bullet(A) = \mu^\bullet(\varphi_A) μ ∙ ( A ) = μ ∙ ( φ A ) 。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 IV § 1. 。正函数的上积分 , 命题 5, IV § 5
被以下引用 命题 3, IX § 1
还使用记号∫ ∙ f d μ \int^\bullet f d\mu ∫ ∙ f d μ 、∫ ∙ f ( t ) d μ ( t ) \int^\bullet f(t) d\mu(t) ∫ ∙ f ( t ) d μ ( t ) 、∫ ∙ f μ \int^\bullet f \mu ∫ ∙ f μ 。 由于 f φ K ≤ f f \varphi_K \leq f f φ K ≤ f 对于 T T T 的每个紧凑子集 K K K ,有
∫ ∙ f d μ ≤ ∫ ∗ f d μ .
\int^\bullet f d\mu \leq \int^* f d\mu .
∫ ∙ f d μ ≤ ∫ ∗ f d μ .
有可能发生μ ∙ ( f ) ≠ μ ∗ ( f ) \mu^\bullet(f) \neq \mu^*(f) μ ∙ ( f ) = μ ∗ ( f ) ;其中,条件μ ∗ ( f ) = 0 \mu^*(f) = 0 μ ∗ ( f ) = 0 表示f f f 可以忽略,而条件μ ∙ ( f ) = 0 \mu^\bullet(f) = 0 μ ∙ ( f ) = 0 表示f f f 局部可忽略(第IV, §5, No. 2,命题5),并且可能存在局部可忽略但不可忽略的集合(第1章)。 IV, §1,Exer 5)。
将F + ( T ) \mathscr{F}_+(T) F + ( T ) 的映射μ ∙ \mu^\bullet μ ∙ 放入R ‾ \overline{\mathbf{R}} R 重合,将μ \mu μ 放入K + ( T ) \mathscr{K}_+(T) K + ( T ) 。由此可见,两个度量 μ 1 \mu_1 μ 1 和 μ 2 \mu_2 μ 2 使得 μ 1 ∙ = μ 2 ∙ \mu_1^\bullet = \mu_2^\bullet μ 1 ∙ = μ 2 ∙ 相等。
a) 如果f f f 和g g g 是两个几乎处处局部相等的数值函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,则μ ∙ ( f ) = μ ∙ ( g ) \mu^\bullet(f) = \mu^\bullet(g) μ ∙ ( f ) = μ ∙ ( g ) 。 b) 如果f f f 和g g g 是两个数值函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 使得f ≤ g f \leq g f ≤ g ,则μ ∙ ( f ) ≤ μ ∙ ( g ) \mu^\bullet(f) \leq \mu^\bullet(g) μ ∙ ( f ) ≤ μ ∙ ( g ) 。 c) 如果 f f f 是数字函数 ≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,且 α \alpha α 是数 ≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,则μ ∙ ( α f ) = α μ ∙ ( f ) \mu^\bullet(\alpha f) = \alpha \mu^\bullet(f) μ ∙ ( α f ) = α μ ∙ ( f ) 。 d) 如果f f f 和g g g 是两个数字函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,则μ ∙ ( f + g ) ≤ μ ∙ ( f ) + μ ∙ ( g ) \mu^\bullet(f + g) \leq \mu^\bullet(f) + \mu^\bullet(g) μ ∙ ( f + g ) ≤ μ ∙ ( f ) + μ ∙ ( g ) 。 e) 如果( f n ) n ∈ N (f_n)_{n \in \mathbf{N}} ( f n ) n ∈ N 是数值函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 的递增序列,并且如果f = lim n → ∞ f n f = \lim_{n \to \infty} f_n f = lim n → ∞ f n ,则μ ∙ ( f ) = lim n → ∞ μ ∙ ( f n ) \mu^\bullet(f) = \lim_{n \to \infty} \mu^\bullet(f_n) μ ∙ ( f ) = lim n → ∞ μ ∙ ( f n ) 。
引用了 5 · 被以下引用 4 引用了 IV § 1. 。正函数的上积分 , IV § 2. 。可以忽略不计的函数和集合 , 命题 5, IV § 2 , IV § 5. 。可测量函数和集合 , 命题 6
被以下引用 推论 , 命题 7 , 命题 9 , 命题 2, V § 3
属性 a)、b)、c)、d) 可以立即从上积分的相应的属性中推导出来:a) 从 Ch 的命题 6 中推导出来。 Ch. IV, §2, No. 3 和命题 5 IV, §5, No. 2; b), c), d) 来自第 10, 11, 12 章的命题 10, 11, 12 IV, §1, No. 3。 为建立e),用T T T 的紧致子集的K \mathfrak{K} K 集合表示;由 Ch. 定理 3 IV, §1, No. 3,我们有
lim n → ∞ μ ∙ ( f n ) = sup n ∈ N sup K ∈ K μ ∗ ( f n φ K ) = sup K ∈ K sup n ∈ N μ ∗ ( f n φ K ) = sup K ∈ K μ ∗ ( f φ K ) = μ ∙ ( f ) .
\lim_{n \to \infty} \mu^\bullet(f_n) = \sup_{n \in \mathbf{N}} \sup_{K \in \mathfrak{K}} \mu^*(f_n \varphi_K) = \sup_{K \in \mathfrak{K}} \sup_{n \in \mathbf{N}} \mu^*(f_n \varphi_K)
= \sup_{K \in \mathfrak{K}} \mu^*(f \varphi_K) = \mu^\bullet(f) .
n → ∞ lim μ ∙ ( f n ) = n ∈ N sup K ∈ K sup μ ∗ ( f n φ K ) = K ∈ K sup n ∈ N sup μ ∗ ( f n φ K ) = K ∈ K sup μ ∗ ( f φ K ) = μ ∙ ( f ) .
等式在关系 d) 中成立,如果 f f f 和 g g g 可测量,由 Cor. 4 Th。 5,CH。 IV, §5, No. 6。更一般地,我们得到以下结果:
令f , g , h f, g, h f , g , h 为F + \mathscr{F}_+ F + 中的三个元素;如果 g g g 和 h h h 可测量,则
引用了 1 · 被以下引用 2 引用了 推论 4, IV § 5
被以下引用 推论 , 命题 7
∫ ∙ f ( g + h ) d μ = ∫ ∙ f g d μ + ∫ ∙ f h d μ .
\int^\bullet f(g + h)\, d\mu = \int^\bullet fg\, d\mu + \int^\bullet fh\, d\mu.
∫ ∙ f ( g + h ) d μ = ∫ ∙ f g d μ + ∫ ∙ f h d μ .
对于上积分,一立即减少到类似公式的证明。从f ( g + h ) = f g + f h f(g + h) = fg + fh f ( g + h ) = f g + f h 开始(按照0 ⋅ ( + ∞ ) = 0 0 \cdot (+\infty) = 0 0 ⋅ ( + ∞ ) = 0 的约定),我们有
∫ ∗ f ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ f g d μ + ∫ ∗ f h d μ ;
\int^* f(g + h)\, d\mu \leq \int^* fg\, d\mu + \int^* fh\, d\mu;
∫ ∗ f ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ f g d μ + ∫ ∗ f h d μ ;
剩下的就是建立相反的不等式。令u u u 为下半连续函数,使得u ≥ f ( g + h ) u \geq f(g + h) u ≥ f ( g + h ) 。 集合v = u g + h v = \frac{u}{g + h} v = g + h u 在集合,其中g + h > 0 g + h > 0 g + h > 0 ,以及v = + ∞ v = +\infty v = + ∞ 在集合,其中g + h = 0 g + h = 0 g + h = 0 ;然后v ≥ f v \geq f v ≥ f 和u ≥ v ( g + h ) u \geq v(g + h) u ≥ v ( g + h ) ,从而
∫ ∗ v ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ u d μ
\int^* v(g + h)\, d\mu \leq \int^* u\, d\mu
∫ ∗ v ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ u d μ
因而, v v v 是可测量的(第 IV, §5, No. 6 章,第 5 章第 4 章),
∫ ∗ f g d μ + ∫ ∗ f h d μ ≤ ∫ ∗ v g d μ + ∫ ∗ v h d μ = ∫ ∗ v ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ u d μ ,
\int^* fg\, d\mu + \int^* fh\, d\mu \leq \int^* vg\, d\mu + \int^* vh\, d\mu \\
= \int^* v(g + h)\, d\mu \leq \int^* u\, d\mu,
∫ ∗ f g d μ + ∫ ∗ f h d μ ≤ ∫ ∗ v g d μ + ∫ ∗ v h d μ = ∫ ∗ v ( g + h ) d μ ≤ ∫ ∗ u d μ ,
这意味着所需的不等式,因为u u u 是任意的。
令f f f 为可测函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 的函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 、( g n ) (g_n) ( g n ) 序列;然后∫ ∙ f ( ∑ n g n ) d μ = ∑ n ( ∫ ∙ f g n d μ ) \int^\bullet f \left( \sum_n g_n \right) d\mu = \sum_n \left( \int^\bullet f g_n\, d\mu \right) ∫ ∙ f ( ∑ n g n ) d μ = ∑ n ( ∫ ∙ f g n d μ ) 。
引用了 2 · 被以下引用 1 引用了 命题 1 , 命题 2
被以下引用 命题 6, V § 5
对于有限序列的情况,这是命题2的直接的推论。无限序列的情况可以由此通过命题1,e)推导出来。
对于每个有限的数α ≥ 0 \alpha \geq 0 α ≥ 0 和T \mathbf{T} T 上的每个对措施μ , ν \mu, \nu μ , ν ,
( α μ ) ∙ = α μ ∙ ( μ + ν ) ∙ = μ ∙ + ν ∙ .
(\alpha \mu)^\bullet = \alpha \mu^\bullet \\
(\mu + \nu)^\bullet = \mu^\bullet + \nu^\bullet.
( α μ ) ∙ = α μ ∙ ( μ + ν ) ∙ = μ ∙ + ν ∙ .
此外,关系μ ≤ ν \mu \leq \nu μ ≤ ν 意味着μ ∙ ≤ ν ∙ \mu^\bullet \leq \nu^\bullet μ ∙ ≤ ν ∙ 。
被以下引用 2 被以下引用 定义 4, IX § 1 , 命题 1, V § 2
证明是直接的,来自第 1 章中类似的叙述。 IV(§1, No. 3,提案 15)。
例如,令g g g 为K + ( T ) \mathscr{K}_+(T) K + ( T ) 中的函数,使得g ⩽ f g \leqslant f g ⩽ f 。如果K K K 是g g g 的(紧)支持,则μ ( g ) ⩽ μ ∗ ( f φ K ) ⩽ μ ∙ ( f ) \mu(g) \leqslant \mu^*(f \varphi_K) \leqslant \mu^\bullet(f) μ ( g ) ⩽ μ ∗ ( f φ K ) ⩽ μ ∙ ( f ) 。根据上积分的定义,得出μ ∗ ( f ) ⩽ μ ∙ ( f ) \mu^*(f) \leqslant \mu^\bullet(f) μ ∗ ( f ) ⩽ μ ∙ ( f ) ,因而μ ∗ ( f ) = μ ∙ ( f ) \mu^*(f) = \mu^\bullet(f) μ ∗ ( f ) = μ ∙ ( f ) (公式 (1))。
2. 审核函数及措施
很明显,属性 a) 和 c) 都隐含 b)。相反,b) 意味着 a),因为有限外部测度的每个集合都包含在可积开集合(第 IV, §1, No. 4,命题 19)中,并且 b) 意味着 c),因为每个可积集合是序列的并紧集和可忽略不计的集合(第 IV, §4, No. 6 章,第 4 章第 2 章)。
—*T T T *的*子集*如果满足命题5*的等价条件,则称为*μ \mu μ *-调节。 函数定义在 T T T 上,*在向量空间或* R ‾ \overline{\mathbf{R}} R 中使用值,*如果它是零在a* μ \mu μ *-调节的补码上,则被认为是* μ \mu μ *-调节子集*T T T 。 测量 μ \mu μ 如果 T T T 是 μ \mu μ *-调节集合*,则据说是经过调节的。
引用了 1 引用了 命题 5
如果μ \mu μ 是调节措施,则T T T 上的每个函数都是μ \mu μ 调节,T T T 的每个子集都是μ \mu μ 调节。
1) 函数 h 0 h_0 h 0 是μ \mu μ -可以忽略不计。 2) 对于每个n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 ,都存在紧集K n K_n K n ,使得h n h_n h n 在K n K_n K n 之外是零,并且h n h_n h n 到K n K_n K n 的限制是有限且连续的。
假设f f f 是正可测函数的序列( f n ) (f_n) ( f n ) 中的和,其中叙述中各有性质;显然f f f 也有。 集合
f n = inf ( f , n + 1 ) − inf ( f , n )
f_n = \inf(f, n+1) - \inf(f, n)
f n = inf ( f , n + 1 ) − inf ( f , n ) 每
n ∈ N n \in \mathbf{N} n ∈ N ;由于
f f f 等于序列
( f n ) (f_n) ( f n ) 的和,因此假设
f f f 受到调节且“有界”,则足以建立命题。然后用
t ∈ T t \in T t ∈ T 的
A A A 集合表示,使得
f ( t ) > 0 f(t) > 0 f ( t ) > 0 ;
A A A 是可测量和调节的,因此存在序列
( A n ) (A_n) ( A n ) 成对的不相交的可积集合使得
A = ⋃ n A n A = \bigcup_n A_n A = ⋃ n A n 。我们将函数
f φ A n f \varphi_{A_n} f φ A n 减少为证明叙述;在其他字中,我们可以假设
f f f 是有界的并且零位于可积集合
I I I 之外。但
I I I 是可忽略不计的集合
N N N 的并和成对不相交的紧集的序列
( L n ) (L_n) ( L n ) (第IV, §4, No. 6章,第4章的Cor.2)。因此,我们只能处理
f f f 有界且零在紧集
L L L 之外的情况。
令K \mathscr{K} K 为T T T 的紧凑子集K K K 的集合,使得f ∣ K f|K f ∣ K 是连续的;由于 K \mathscr{K} K 是 μ \mu μ 稠密(第 IV, §5, No. 10 章,第 15 条),L L L 是可忽略不计的集合 N N N 和序列 ( K n ) n ≥ 1 (K_n)_{n \geq 1} ( K n ) n ≥ 1 的并成对不相交的元素,共 K \mathscr{K} K (第 IV, §5, No. 8 章,定义 6)。 函数 h 0 = f φ N h_0 = f \varphi_N h 0 = f φ N 、h n = f φ K n h_n = f \varphi_{K_n} h n = f φ K n n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 然后满足条件叙述。
下面的命题使得约化将上积分的研究变成本质上积分的研究成为可能。
— 令 f f f 为 F + ( T ) \mathscr{F}_+(T) F + ( T ) 的元素。 1) 如果函数 f f f 不是 μ \mu μ 调节,则 μ ∗ ( f ) = + ∞ \mu^*(f) = +\infty μ ∗ ( f ) = + ∞ 。 2) 如果函数 f f f 是 μ \mu μ 调节,则 μ ∗ ( f ) = μ ∗ ( f ) \mu^*(f) = \mu^*(f) μ ∗ ( f ) = μ ∗ ( f ) 。 3) *如果μ ∗ ( f ) < + ∞ \mu^*(f) < +\infty μ ∗ ( f ) < + ∞ ,则存在μ \mu μ 调节的子集A A A 、序列的并,以及T T T 的紧凑子集,使得f = f φ A f = f \varphi_A f = f φ A 局部几乎无处不在。
引用了 5 · 被以下引用 5 引用了 定理 3, IV § 1 , 命题 6, IV § 2 , IV § 5. 。可测量函数和集合 , 命题 1 , 命题 2
被以下引用 命题 9 , 命题 3, V § 3 , 推论 1, V § 8 , 推论 1, V § 8 , 例, VIII § 4
第一个断言紧接着第 1 章的引理 1。 IV, §5, No. 6。为了建立第二个,用 A A A 表示一个经过调节的子集,使得 f 是 A 之外的零; A 是可忽略不计的集合 A 0 A_0 A 0 的并和紧集的序列 ( A n ) n ≥ 1 (A_n)_{n \geq 1} ( A n ) n ≥ 1 ,我们可以假设是递增。 函数 f f f 几乎处处都等于函数 f φ A n f \varphi_{A_n} f φ A n (n ≥ 1 n \geq 1 n ≥ 1 ) 的上包络线,因此(第 IV, §1, No. 3、第 3 章和§2, No. 3、第 6 条命题)
μ ∗ ( f ) = lim n → ∞ μ ∗ ( f φ A n ) ≤ μ ∙ ( f ) ,
\mu^*(f) = \lim_{n \to \infty} \mu^*(f \varphi_{A_n}) \leq \mu^\bullet(f),
μ ∗ ( f ) = n → ∞ lim μ ∗ ( f φ A n ) ≤ μ ∙ ( f ) ,
从而等式 μ ∗ ( f ) = μ ∙ ( f ) \mu^*(f) = \mu^\bullet(f) μ ∗ ( f ) = μ ∙ ( f ) 凭借公式 (1)。最后,假设μ ∙ ( f ) < + ∞ \mu^\bullet(f) < +\infty μ ∙ ( f ) < + ∞ ;存在紧集的递增序列 ( A n ) (A_n) ( A n ) 使得
μ ∙ ( f ) = sup n μ ∗ ( f φ A n ) .
\mu^\bullet(f) = \sup_n \mu^*(f \varphi_{A_n}).
μ ∙ ( f ) = n sup μ ∗ ( f φ A n ) .
集合A = ⋃ n A n A = \bigcup_n A_n A = ⋃ n A n ;第二个成员等于 μ ∗ ( f φ A ) \mu^*(f \varphi_A) μ ∗ ( f φ A ) (Ch. IV, §1, No. 3, Th. 3),即 μ ∙ ( f φ A ) \mu^\bullet(f \varphi_A) μ ∙ ( f φ A ) (根据上述第 1 条或第 2 条)。由于μ ∙ ( f ) = μ ∙ ( f φ A ) + μ ∙ ( f φ C A ) \mu^\bullet(f) = \mu^\bullet(f \varphi_A) + \mu^\bullet(f \varphi_{\mathbf{C}_A}) μ ∙ ( f ) = μ ∙ ( f φ A ) + μ ∙ ( f φ C A ) (命题2),我们有μ ∙ ( f φ C A ) = 0 \mu^\bullet(f \varphi_{\mathbf{C}_A}) = 0 μ ∙ ( f φ C A ) = 0 ,由此得出3)。
如果 μ \mu μ 是一个调节测度(特别是如果 μ \mu μ 有界,或者如果 T 在无穷大处可数),则 μ ∗ = μ ∙ \mu^* = \mu^\bullet μ ∗ = μ ∙ 。
被以下引用 1 被以下引用 命题 12, V § 5
a) *设H为函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 的集合,下半连续,指向关系≤ \leq ≤ ;然后
μ ∙ ( sup h ∈ H h ) = sup h ∈ H μ ∙ ( h ) .
\mu^\bullet \left( \sup_{h \in H} h \right) = \sup_{h \in H} \mu^\bullet(h).
μ ∙ ( h ∈ H sup h ) = h ∈ H sup μ ∙ ( h ) .
b) *设H为函数≥ 0 \geq 0 ≥ 0 的集合,上半连续,定向关系≥ \geq ≥ ;如果 H 函数 h 0 h_0 h 0 中存在μ ∙ ( h 0 ) < + ∞ \mu^\bullet(h_0) < +\infty μ ∙ ( h 0 ) < + ∞ ,则
μ ∙ ( inf h ∈ H h ) = inf h ∈ H μ ∙ ( h ) .
\mu^\bullet \left( \inf_{h \in H} h \right) = \inf_{h \in H} \mu^\bullet(h).
μ ∙ ( h ∈ H inf h ) = h ∈ H inf μ ∙ ( h ) .
引用了 5 引用了 IV § 1. 。正函数的上积分 , 推论 1, IV § 4 , 命题 4 , 命题 5 , 推论 2, IV § 4
根据命题 4,断言 a) 是第 1 章定理 1 的重复。 IV, §1, No. 1。建立b),集合η = inf h ∈ H h \eta = \inf_{h \in H} h η = inf h ∈ H h ,令a a a 为数> 0 > 0 > 0 。存在紧集 K 使得(第 IV, §4, No. 4 章,第 5 条命题第 1 条):
μ ∙ ( h 0 ) − a ≤ μ ∗ ( h 0 φ K ) = μ ( h 0 φ K ) ≤ μ ∙ ( h 0 ) .
\mu^\bullet(h_0) - a \leq \mu^*(h_0 \varphi_K) = \mu(h_0 \varphi_K) \leq \mu^\bullet(h_0).
μ ∙ ( h 0 ) − a ≤ μ ∗ ( h 0 φ K ) = μ ( h 0 φ K ) ≤ μ ∙ ( h 0 ) .
函数h φ K h\varphi_K h φ K ,其中h h h 经过上半连续函数的H H H 、形式集合,指向关系⩾ \geqslant ⩾ ,其中包含可积函数。因此(第 IV, §4, No. 4 章,第 5 号提案第 2 条):
μ ∗ ( η φ K ) = inf h ∈ H μ ∗ ( h φ K ) .
\mu^*(\eta\varphi_K) = \inf_{h \in H} \mu^*(h\varphi_K).
μ ∗ ( η φ K ) = h ∈ H inf μ ∗ ( h φ K ) .
但是(第 IV, §4, No. 4 章,第 5 条命题第 1 条)μ ∙ ( h 0 φ C K ) ⩽ a \mu^\bullet(h_0\varphi_{C_K}) \leqslant a μ ∙ ( h 0 φ C K ) ⩽ a ,从而 μ ∙ ( h φ C K ) ⩽ a \mu^\bullet(h\varphi_{C_K}) \leqslant a μ ∙ ( h φ C K ) ⩽ a 对于每个函数 h ∈ H h \in H h ∈ H 使得 h ⩽ h 0 h \leqslant h_0 h ⩽ h 0 。因此,最后:
μ ∙ ( η ) ⩾ μ ∗ ( η φ K ) = inf h ∈ H μ ∗ ( h φ K ) ⩾ inf h ∈ H μ ∙ ( h ) − a .
\mu^\bullet(\eta) \geqslant \mu^*(\eta\varphi_K) = \inf_{h \in H} \mu^*(h\varphi_K) \geqslant \inf_{h \in H} \mu^\bullet(h) - a.
μ ∙ ( η ) ⩾ μ ∗ ( η φ K ) = h ∈ H inf μ ∗ ( h φ K ) ⩾ h ∈ H inf μ ∙ ( h ) − a .
不等式μ ∙ ( η ) ⩽ inf h ∈ H μ ∙ ( h ) \mu^\bullet(\eta) \leqslant \inf_{h \in H} \mu^\bullet(h) μ ∙ ( η ) ⩽ inf h ∈ H μ ∙ ( h ) 是明显的,a a a 是任意的,命题成立。
3. 本质上可积函数
设F F F 为真正的Banach空间;回想一下空间 F F p \mathscr{F}_F^p F F p (第 IV, §3, No. 3 章)和 L F p \mathscr{L}_F^p L F p (第 IV, §3, No. 4,定义 2)中的元素是 μ \mu μ 调节的函数(第 IV, §5, No. 6,引理 1); N F \mathscr{N}_F N F 仍将T T T 的可忽略的映射的空间表示到F F F 中,我们将把T T T 的局部可忽略的映射的空间N F ∞ \mathscr{N}_F^\infty N F ∞ 引入F F F 。
设g g g 和g ′ g' g ′ 是两个μ \mu μ 调节的映射,其中值在F F F 中;如果 g g g 和 g ′ g' g ′ 几乎在任何地方都等于相同的函数 f f f ,则 g = g ′ g = g' g = g ′ 几乎在任何地方都相等。
引用了 3 引用了 推论 1 , 命题 5, IV § 3 , 定理 5, IV § 5
例如,令 D D D 为 t ∈ T t \in T t ∈ T 的集合,使得 g ( t ) ≠ g ′ ( t ) g(t) \neq g'(t) g ( t ) = g ′ ( t ) ; D D D 局部可以忽略不计并且经过调节,因此可以忽略不计(第 7 号提案的 Cor. 1)。
我们将用F ‾ F p ( T , μ ) \overline{\mathscr{F}}_F^p(T, \mu) F F p ( T , μ ) (或简称为F ‾ F p ( μ ) \overline{\mathscr{F}}_F^p(\mu) F F p ( μ ) ,F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p ,如果不会造成混淆)将T T T 的映射f f f 的集合表示为F F F ,使得存在函数g ∈ F F p g \in \mathscr{F}_F^p g ∈ F F p 等于f f f 当地几乎到处都是。由于数N p ( g ) N_p(g) N p ( g ) 仅依赖于f f f 乘以引理,我们将写成N ‾ p ( f ) = N p ( g ) \overline{N}_p(f) = N_p(g) N p ( f ) = N p ( g ) 。 函数N ‾ p \overline{N}_p N p 显然是F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p 的半范数,我们总是假设F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p 配备有N ‾ p \overline{N}_p N p 定义的拓扑。这个拓扑的0的闭包是空间N F ∞ \mathscr{N}_F^\infty N F ∞ ; 关系 F ‾ F p = F F p + N F ∞ \overline{\mathscr{F}}_F^p = \mathscr{F}_F^p + \mathscr{N}_F^\infty F F p = F F p + N F ∞ 、N F ∞ ∩ F F p = N F \mathscr{N}_F^\infty \cap \mathscr{F}_F^p = \mathscr{N}_F N F ∞ ∩ F F p = N F (引理) 表明规范化的空间 F ‾ F p / N F ∞ \overline{\mathscr{F}}_F^p / \mathscr{N}_F^\infty F F p / N F ∞ 可以与 F F p / N F \mathscr{F}_F^p / \mathscr{N}_F F F p / N F 规范地一致,这是完整的(第 IV, §3, No. 3 章,第 5 条);因此F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p 本身是完整的。
我们同样用F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p 的L ‾ F p ( T , μ ) \overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \mu) L F p ( T , μ ) (或L ‾ F p ( μ ) \overline{\mathscr{L}}_F^p(\mu) L F p ( μ ) ,或L ‾ F p \overline{\mathscr{L}}_F^p L F p )子空间L F p + N F ∞ \mathscr{L}_F^p + \mathscr{N}_F^\infty L F p + N F ∞ 来表示;也可以将L ‾ F p \overline{\mathscr{L}}_F^p L F p 表征为F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p 的子空间,由*可测量的*映射构成(第IV, §5, No. 6,第5章)。
规范化的空间L ‾ F p / N F ∞ \overline{\mathscr{L}}_F^p / \mathscr{N}_F^\infty L F p / N F ∞ 可以与L F p L_F^p L F p 规范地识别;因此L ‾ F p \overline{\mathscr{L}}_F^p L F p 是完整的。 它的元素被称为 p-th 幂本质上是可积函数 ,这个术语由以下命题证明是合理的:
对于T的映射 f到F到属于到F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p (分别到L ‾ F p \overline{\mathscr{L}}_F^p L F p ),如果是必要和充分的*(分别是*f是可测量的并且*)
引用了 2 · 被以下引用 5 引用了 命题 1 , 命题 7
被以下引用 定理 2, V § 4 , 定理 4, V § 5 , 命题 1, V § 6 , 推论 2, V § 8 , 命题 9, V § 8
μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) < + ∞ .
\mu^\bullet(|f|^p) < +\infty .
μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) < + ∞.
则有 N ‾ p ( f ) = ( μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) ) 1 / p \overline{N}_p(f) = (\mu^\bullet(|f|^p))^{1/p} N p ( f ) = ( μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) ) 1/ p 。
关于F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p ,我们可以清楚地从极限自己到断言。如果 f 属于至 F ‾ F p \overline{\mathscr{F}}_F^p F F p ,则令 g 为函数属于至 F F p \mathscr{F}_F^p F F p ,几乎处处局部等于 f;那么 ∣ f ∣ p = ∣ g ∣ p |f|^p = |g|^p ∣ f ∣ p = ∣ g ∣ p 几乎无处不在,因此
μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) = μ ∙ ( ∣ g ∣ p ) = μ ∗ ( ∣ g ∣ p ) < + ∞
\mu^\bullet(|f|^p) = \mu^\bullet(|g|^p) = \mu^*(|g|^p) < +\infty
μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) = μ ∙ ( ∣ g ∣ p ) = μ ∗ ( ∣ g ∣ p ) < + ∞
(命题 1,a)和命题 7),另一方面,通过 N ‾ p \overline{N}_p N p 的定义,
N ‾ p ( f ) = N p ( g ) = ( μ ∗ ( ∣ g ∣ p ) ) 1 / p .
\overline{N}_p(f) = N_p(g) = (\mu^*(|g|^p))^{1/p} .
N p ( f ) = N p ( g ) = ( μ ∗ ( ∣ g ∣ p ) ) 1/ p .
相反,假设μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) < + ∞ \mu^\bullet(|f|^p) < +\infty μ ∙ ( ∣ f ∣ p ) < + ∞ ;则存在一个经过调节的集合 A,使得 f 在 T − A 中几乎所有地方都局部为零(命题 7)。 函数 f φ A f \varphi_A f φ A ,几乎在任何地方都等于 f,使得 N p ( f φ A ) = N ‾ p ( f ) < + ∞ N_p(f \varphi_A) = \overline{N}_p(f) < +\infty N p ( f φ A ) = N p ( f ) < + ∞ ,因此它属于到 F F p \mathscr{F}_F^p F F p ,以及 f ∈ F ‾ F p f \in \overline{\mathscr{F}}_F^p f ∈ F F p 。
L ‾ F 1 \overline{\mathscr{L}}_F^1 L F 1 的元素实质上被称为 F 中与值的 μ \mu μ 可积函数。 将 L F 1 L_F^1 L F 1 的映射 f ~ ↦ μ ( f ) \tilde{f} \mapsto \mu(f) f ~ ↦ μ ( f ) 组合到 F 中,将 L ‾ F 1 \overline{\mathscr{L}}_F^1 L F 1 的典范映射组合到 L F 1 L_F^1 L F 1 上,得到连续将L ‾ F 1 \overline{\mathscr{L}}_F^1 L F 1 的线性映射转化为F,将L F 1 \mathscr{L}_F^1 L F 1 的扩展映射f ↦ ∫ f d μ f \mapsto \int f d\mu f ↦ ∫ f d μ 转化为F。再将f ∈ L ‾ F 1 f \in \overline{\mathscr{L}}_F^1 f ∈ L F 1 的映射的∫ f d μ \int f d\mu ∫ f d μ 或μ ( f ) \mu(f) μ ( f ) 值表示,并且这元素称为 f 右 μ \mu μ 的积分。
引用了 1 · 被以下引用 1 引用了 IV § 4. 。 可积函数和集合
被以下引用 定义 1, VI § 1
几乎处处局部相等的两个本质上可积函数具有相同的积分。对于每个有限且本质上可积的函数f ≥ 0 f \geq 0 f ≥ 0 ,∫ ∙ f d μ = ∫ f d μ \int^\bullet f d\mu = \int f d\mu ∫ ∙ f d μ = ∫ f d μ 。如果 A 是集合,其特征函数本质上可积,则 A 被称为 本质上 μ \mu μ 可积集合 ; ∫ φ A d μ \int \varphi_A d\mu ∫ φ A d μ 也表示为 μ ( A ) \mu(A) μ ( A ) ,再次称为 A 的*度量*。
If a function f f f , with values in F F F , is defined locally almost everywhere in T T T , we again say that f f f is essentially integrable if it is equal, locally almost everywhere, to a function f 1 f_1 f 1 that is everywhere defined and integrable; we then set
∫ f d μ = ∫ f 1 d μ ,
\int f\, d\mu = \int f_1\, d\mu,
∫ f d μ = ∫ f 1 d μ , and this definition is independent of the integrable function f 1 f_1 f 1 everywhere defined and equal locally almost everywhere to f f f (Lemma). One defines similarly the notion of essentially integrable function for functions with values in R ‾ \overline{\mathbf{R}} R that are defined and finite locally almost everywhere.
读者将毫无困难地将第 1 章的结果扩展到本质上可积函数。 IV, §4 代表可积函数,替换叙述中的“几乎无处不在”,由“本地几乎无处不在”。我们注为了例不等式
∣ ∫ f d μ ∣ ≤ ∫ ∣ f ∣ d μ ,
\left| \int f\, d\mu \right| \leq \int |f|\, d\mu,
∫ f d μ ≤ ∫ ∣ f ∣ d μ , 对于 Banach 空间中的每个可积函数 f f f 和值都有效。
令K \mathfrak{K} K 为T T T 的紧凑子集的μ \mu μ 密集集合。* a) 如果 f f f 是数字函数 ≥ 0 \geq 0 ≥ 0 ,则
μ ∙ ( f ) = sup K ∈ K μ ∗ ( f φ K ) .
\mu^\bullet(f) = \sup_{K \in \mathfrak{K}} \mu^*(f \varphi_K).
μ ∙ ( f ) = K ∈ K sup μ ∗ ( f φ K ) . b)
如果 f f f 实质上是可积函数且值位于 Banach 空间 F F F 中,则 ∫ f d μ = lim K ∫ f φ K d μ ,
\int f\, d\mu = \lim_{\mathfrak{K}} \int f \varphi_K\, d\mu,
∫ f d μ = K lim ∫ f φ K d μ , *极限是相对于指示(对于
⊂ \subset ⊂ )集合
K \mathfrak{K} K 而言的。
引用了 2 · 被以下引用 3 引用了 定理 3, IV § 1 , 命题 12, IV § 5
被以下引用 定理 2(勒贝格-尼科迪姆), V § 5 , 推论, VI § 1 , 命题 7, VI § 1
为了建立 a),只需证明对于 T T T 的每个紧凑子集 L L L ,
∫ ∗ f φ L d μ = sup K ∫ ∗ f φ K d μ ,
\int^* f \varphi_L\, d\mu = \sup_K \int^* f \varphi_K\, d\mu,
∫ ∗ f φ L d μ = K sup ∫ ∗ f φ K d μ , 其中
K K K 超过
L L L 属于到
K \mathfrak{K} K 的子集的集合。由于
L L L 是可忽略不计的集合的并和
K \mathfrak{K} K 的元素的递增序列
( K n ) (K_n) ( K n ) (第IV, §5, No. 8,第12章),这是从定理到上积分中的极限(第 IV, §1, No. 3 章,第 3 章)。
现在假设f f f 属于到L F 1 \mathscr{L}_F^1 L F 1 ;令ε \varepsilon ε 为数> 0 > 0 > 0 ,并令K K K 为K \mathfrak{K} K 的元素,使得
∫ ∣ f ∣ φ K d μ ≥ ∫ ∣ f ∣ d μ − ε
\int |f| \varphi_K\, d\mu \geq \int |f|\, d\mu - \varepsilon
∫ ∣ f ∣ φ K d μ ≥ ∫ ∣ f ∣ d μ − ε
(这样的 K 由 a) 存在。然后,对于每个紧集 H 包含 K,
∣ ∫ f d μ − ∫ f φ H d μ ∣ ≤ ∫ ∣ f ∣ φ C H d μ ≤ ∫ ∣ f ∣ φ C K d μ ≤ ε .
\left| \int f \, d\mu - \int f \varphi_H \, d\mu \right| \leq \int |f| \varphi_{\mathbf{C}_H} \, d\mu \leq \int |f| \varphi_{\mathbf{C}_K} \, d\mu \leq \varepsilon .
∫ f d μ − ∫ f φ H d μ ≤ ∫ ∣ f ∣ φ C H d μ ≤ ∫ ∣ f ∣ φ C K d μ ≤ ε .
扩张到复杂的 Banach 空间和措施。设 F 为复数 Banach 空间;通过滥用记号,F 下的真正的 Banach 空间也将被表示为 F。那么 Banach 空间 L ‾ F p ( T , μ ) \overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \mu) L F p ( T , μ ) 可能会配备一个自然复数 Banach 空间结构,并且有必要具体说明是使用该实数还是复数结构空间。在这个章中,如果没有明确提及相反的情况,它将始终被理解为真正的结构。
令 θ \theta θ 为复测度;我们集合L ‾ F p ( T , θ ) = L ‾ F p ( T , ∣ θ ∣ ) \overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \theta) = \overline{\mathscr{L}}_F^p(T, |\theta|) L F p ( T , θ ) = L F p ( T , ∣ θ ∣ ) ;如果 F 是复数 Banach 空间,则可以得到与上面相同的注。特别是,如果函数 f 与 F 中的值对于 θ \theta θ 本质上可积,则它对于 ∣ θ ∣ |\theta| ∣ θ ∣ 本质上可积。第 10 号提案的断言 b),然后立即扩展采取复杂措施。
4. 性质特殊于必要的上积分
下面的结果将在后续中经常使用。在叙述中,一个不能替换由普通上积分得到的必要上积分(见例 4)。
— 令 ( λ α ) α ∈ A (\lambda_\alpha)_{\alpha \in A} ( λ α ) α ∈ A 为 T 上的一系列正测度,针对关系 ≤ \leq ≤ ,并在 M ( T ) \mathscr{M}(T) M ( T ) 中具有至高λ \lambda λ 。然后,对于每个数字函数 f ≥ 0 f \geq 0 f ≥ 0 ,
λ ∙ ( f ) = sup α ∈ A λ α ∙ ( f ) .
\lambda^\bullet(f) = \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f).
λ ∙ ( f ) = α ∈ A sup λ α ∙ ( f ) .
引用了 2 · 被以下引用 8 引用了 II § 2. 。 线性形式在 RIESZ 空间 , 命题 15, IV § 1
被以下引用 命题 6, IX § 1 , 习题 4, § 1 , 命题 1, V § 2 , 命题 1, V § 3 , 命题 5, V § 5 , 推论 1, V § 5 , 推论 1, V § 6 , 命题 6, V § 6
当f f f 属于到K ( T ) \mathscr{K}(T) K ( T ) 时,M ( T ) \mathscr{M}(T) M ( T ) 中有向集合的上等的关系约化到定义(第II, §2, No. 2,引理)。接下来假设f ≤ g f \leq g f ≤ g 对于某些函数g ∈ K + g \in \mathscr{K}_+ g ∈ K + (在其他字中,f f f 是有界的并且是零在紧集K之外);设α \alpha α 为指标,使得λ α ( g ) ≥ λ ( g ) − ε \lambda_\alpha(g) \geq \lambda(g) - \varepsilon λ α ( g ) ≥ λ ( g ) − ε ,其中ε \varepsilon ε 为数> 0 > 0 > 0 ;由于度量 ν = λ − λ α \nu = \lambda - \lambda_\alpha ν = λ − λ α 是正数,因此我们有 ν ∗ ( f ) ≤ ν ( g ) ≤ ε \nu^*(f) \leq \nu(g) \leq \varepsilon ν ∗ ( f ) ≤ ν ( g ) ≤ ε 或 λ α ∗ ( f ) ≥ λ ∗ ( f ) − ε \lambda_\alpha^*(f) \geq \lambda^*(f) - \varepsilon λ α ∗ ( f ) ≥ λ ∗ ( f ) − ε (第 IV, §1, No. 3 章,第 15 条命题)。由此可见(因为 ε \varepsilon ε 是任意的)(5)的第二个成员是第一个成员 ≥ \geq ≥ ;反之不等式是显而易见的,(5)是针对所考虑的特殊情况而成立的。接下来,假设f f f 是K之外的零,但不一定有界,并且对于每个整数n n n ,集合f n = inf ( f , n ) f_n = \inf(f, n) f n = inf ( f , n ) 。然后
λ ∙ ( f ) = sup n ∈ N λ ∙ ( f n ) = sup n ∈ N sup α ∈ A λ α ∙ ( f n ) = sup α ∈ A sup n ∈ N λ α ∙ ( f n ) = sup α ∈ A λ α ∙ ( f ) .
\lambda^\bullet(f) = \sup_{n \in \mathbf{N}} \lambda^\bullet(f_n) = \sup_{n \in \mathbf{N}} \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f_n) = \sup_{\alpha \in A} \sup_{n \in \mathbf{N}} \lambda_\alpha^\bullet(f_n) = \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f).
λ ∙ ( f ) = n ∈ N sup λ ∙ ( f n ) = n ∈ N sup α ∈ A sup λ α ∙ ( f n ) = α ∈ A sup n ∈ N sup λ α ∙ ( f n ) = α ∈ A sup λ α ∙ ( f ) .
最后,在f f f 上没有限制,用T T T 的紧凑子集的K \mathscr{K} K 集合表示,我们有
λ ∙ ( f ) = sup K ∈ K λ ∙ ( f φ K ) = sup K ∈ K sup α ∈ A λ α ∙ ( f φ K )
\lambda^\bullet(f) = \sup_{K \in \mathscr{K}} \lambda^\bullet(f \varphi_K) = \sup_{K \in \mathscr{K}} \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f \varphi_K)
λ ∙ ( f ) = K ∈ K sup λ ∙ ( f φ K ) = K ∈ K sup α ∈ A sup λ α ∙ ( f φ K ) = sup α ∈ A sup K ∈ K λ α ∙ ( f φ K ) = sup α ∈ A λ α ∙ ( f ) .
= \sup_{\alpha \in A} \sup_{K \in \mathscr{K}} \lambda_\alpha^\bullet(f \varphi_K) = \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f).
= α ∈ A sup K ∈ K sup λ α ∙ ( f φ K ) = α ∈ A sup λ α ∙ ( f ) .
为了使 T 的子集 N 局部 λ \lambda λ 可忽略,对于每个 α ∈ A \alpha \in A α ∈ A ,N 局部 λ α \lambda_\alpha λ α 可忽略是必要且充分的。
被以下引用 1 被以下引用 推论 2
条件显然是必要的,因为λ α ≤ λ \lambda_\alpha \leq \lambda λ α ≤ λ 对应于每个α \alpha α (第IV, §1, No. 3,第15条命题)。相反,假设g g g 对于所有α \alpha α 是λ α \lambda_\alpha λ α 可测的,用T的紧致子集K的K \mathscr{K} K 集合表示,使得g ∣ K g|K g ∣ K 是连续的,并且让L是紧集使得L ∩ K L \cap K L ∩ K 对于每个K ∈ K K \in \mathscr{K} K ∈ K ,λ \lambda λ 可以忽略不计。由于集合K \mathscr{K} K 是λ α \lambda_\alpha λ α 密集,L对于每个α \alpha α 来说λ α \lambda_\alpha λ α 可以忽略不计(第IV, §5, No. 8,第12章),因此λ \lambda λ 可以忽略不计(Cor.1)。由此可知 K \mathscr{K} K 是 λ \lambda λ 稠密的,并且 g g g 是 λ \lambda λ 可测的(第 IV, §5, No. 10 章,第 15 条命题)。
习题
参见习题为 § 1 。