Bourbaki

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§ 1。基本上衣整体

1. 本质上积分的定义

定义 1 08ZO

对于每个函数 f∈F+(T)f \in \mathscr{F}_+(T),我们调用 ff 关于 μ\mu 的本质上积分,并用 μ∙(f)\mu^\bullet(f) 表示,即数 μ∗(fφK)\mu^*(f \varphi_K) 集合的上界,无论是否有限,其中 KK 超出TT紧凑子集集合。对于TT中的每子集AA,有一个集合μ∙(A)=μ∙(φA)\mu^\bullet(A) = \mu^\bullet(\varphi_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∫∙fdμ\int^\bullet f d\mu、∫∙f(t)dμ(t)\int^\bullet f(t) d\mu(t)、∫∙fμ\int^\bullet f \mu。 由于 fφK≤ff \varphi_K \leq f 对于 TT 的每个紧凑子集 KK,有

∫∙fdμ≤∫∗fdμ. \int^\bullet f d\mu \leq \int^* f d\mu .

有可能发生μ∙(f)≠μ∗(f)\mu^\bullet(f) \neq \mu^*(f);其中,条件μ∗(f)=0\mu^*(f) = 0表示ff可以忽略,而条件μ∙(f)=0\mu^\bullet(f) = 0表示ff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)的映射μ∙\mu^\bullet放入R‾\overline{\mathbf{R}}重合,将μ\mu放入K+(T)\mathscr{K}_+(T)。由此可见,两个度量 μ1\mu_1 和 μ2\mu_2 使得 μ1∙=μ2∙\mu_1^\bullet = \mu_2^\bullet 相等。

命题 1 08ZP

a) 如果ff和gg是两个几乎处处局部相等的数值函数≥0\geq 0,则μ∙(f)=μ∙(g)\mu^\bullet(f) = \mu^\bullet(g)。 b) 如果ff和gg是两个数值函数≥0\geq 0使得f≤gf \leq g,则μ∙(f)≤μ∙(g)\mu^\bullet(f) \leq \mu^\bullet(g)。 c) 如果 ff 是数字函数 ≥0\geq 0,且 α\alpha 是数 ≥0\geq 0,则μ∙(αf)=αμ∙(f)\mu^\bullet(\alpha f) = \alpha \mu^\bullet(f)。 d) 如果ff和gg是两个数字函数≥0\geq 0,则μ∙(f+g)≤μ∙(f)+μ∙(g)\mu^\bullet(f + g) \leq \mu^\bullet(f) + \mu^\bullet(g)。 e) 如果(fn)n∈N(f_n)_{n \in \mathbf{N}}是数值函数≥0\geq 0的递增序列,并且如果f=lim⁡n→∞fnf = \lim_{n \to \infty} f_n,则μ∙(f)=lim⁡n→∞μ∙(fn)\mu^\bullet(f) = \lim_{n \to \infty} \mu^\bullet(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TT的紧致子集的K\mathfrak{K}集合表示;由 Ch. 定理 3 IV, §1, No. 3,我们有

lim⁡n→∞μ∙(fn)=sup⁡n∈Nsup⁡K∈Kμ∗(fnφK)=sup⁡K∈Ksup⁡n∈Nμ∗(fnφK)=sup⁡K∈Kμ∗(fφK)=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) .

等式在关系 d) 中成立,如果 ff 和 gg 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:

命题 2 08ZQ

令f,g,hf, g, h为F+\mathscr{F}_+中的三个元素;如果 gg 和 hh 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) dμ=∫∙fg dμ+∫∙fh dμ. \int^\bullet f(g + h)\, d\mu = \int^\bullet fg\, d\mu + \int^\bullet fh\, d\mu.

对于上积分,一立即减少到类似公式的证明。从f(g+h)=fg+fhf(g + h) = fg + fh开始(按照0⋅(+∞)=00 \cdot (+\infty) = 0的约定),我们有

∫∗f(g+h) dμ≤∫∗fg dμ+∫∗fh dμ; \int^* f(g + h)\, d\mu \leq \int^* fg\, d\mu + \int^* fh\, d\mu;

剩下的就是建立相反的不等式。令uu为下半连续函数,使得u≥f(g+h)u \geq f(g + h)。 集合v=ug+hv = \frac{u}{g + h}在集合,其中g+h>0g + h > 0,以及v=+∞v = +\infty在集合,其中g+h=0g + h = 0;然后v≥fv \geq f和u≥v(g+h)u \geq v(g + h),从而

∫∗v(g+h) dμ≤∫∗u dμ \int^* v(g + h)\, d\mu \leq \int^* u\, d\mu

因而, vv 是可测量的(第 IV, §5, No. 6 章,第 5 章第 4 章),

∫∗fg dμ+∫∗fh dμ≤∫∗vg dμ+∫∗vh dμ=∫∗v(g+h) dμ≤∫∗u dμ, \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,

这意味着所需的不等式,因为uu是任意的。

推论 08ZR

令ff为可测函数≥0\geq 0的函数≥0\geq 0、(gn)(g_n)序列;然后∫∙f(∑ngn)dμ=∑n(∫∙fgn dμ)\int^\bullet f \left( \sum_n g_n \right) d\mu = \sum_n \left( \int^\bullet f g_n\, d\mu \right)。

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。

命题 3 08ZS

对于每个有限的数α≥0\alpha \geq 0和T\mathbf{T}上的每个对措施μ,ν\mu, \nu,

(αμ)∙=αμ∙(μ+ν)∙=μ∙+ν∙. (\alpha \mu)^\bullet = \alpha \mu^\bullet \\ (\mu + \nu)^\bullet = \mu^\bullet + \nu^\bullet.

此外,关系μ≤ν\mu \leq \nu意味着μ∙≤ν∙\mu^\bullet \leq \nu^\bullet。

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)。

命题 4 08ZT

— 对于每个数值函数 f⩾0f \geqslant 0 在 TT、μ∙(f)=μ∗(f)\mu^\bullet(f) = \mu^*(f) 上是下半连续的。

被以下引用 5

被以下引用 定义 11, IX § 1, 命题 8, 命题 2, V § 3, 命题 3, V § 3, 习题 3, § 7

例如,令gg为K+(T)\mathscr{K}_+(T)中的函数,使得g⩽fg \leqslant f。如果KK是gg的(紧)支持,则μ(g)⩽μ∗(fφK)⩽μ∙(f)\mu(g) \leqslant \mu^*(f \varphi_K) \leqslant \mu^\bullet(f)。根据上积分的定义,得出μ∗(f)⩽μ∙(f)\mu^*(f) \leqslant \mu^\bullet(f),因而μ∗(f)=μ∙(f)\mu^*(f) = \mu^\bullet(f) (公式 (1))。

2. 审核函数及措施

命题 5 08ZU

— 设 AA 为 TT 的子集; 以下属性是等效的: a) 集合 AA 包含在 μ\mu* 序列并-可积开集合*。 b) 集合AA*包含在*μ\mu*的序列并-可积集合*。 c) 集合 AA 包含在紧集的序列并和aμ\mu*-可忽略的集合*。

引用了 1 · 被以下引用 4

引用了 命题 19, IV § 1

被以下引用 定义 2, 命题 8, 命题 4, V § 2, 推论 2, V § 8

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)。

定义 2 08ZV

—*TT*的*子集*如果满足命题5*的等价条件,则称为*μ\mu*-调节。 函数定义在 TT上,*在向量空间或* R‾\overline{\mathbf{R}}中使用值,*如果它是零在a* μ\mu*-调节的补码上,则被认为是* μ\mu*-调节子集*TT。 测量 μ\mu 如果 TT 是 μ\mu*-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是调节措施,则TT上的每个函数都是μ\mu调节,TT的每个子集都是μ\mu调节。

注 08ZW

— 1) 如果 θ\theta 是 TT 的复杂测度,如果 ff 是 ∣θ∣|\theta| 调节(或者 ∣θ∣|\theta| 调节),则可以说函数 ff 是 θ\theta 调节(或 θ\theta 调节)。 2) 每个有界措施都经过调节;如果TT是紧集的可数并,则TT上的每个度量都会被调节。 3) 令(fn)(f_n)为μ\mu调节的函数的序列,其中值在R‾\overline{\mathbf{R}}中。对于每个nn,令UnU_n是一个开集合,它是有限外部测度的开集合的可数并,使得fnf_n是UnU_n之外的零。 函数 s=∑n∈N∣fn∣s = \sum_{n \in \mathbf{N}} |f_n| 那么零在 ⋃n∈NUn\bigcup_{n \in \mathbf{N}} U_n 之外;因此它是 μ\mu 调节的,对于所有函数 ff 也是如此,这样 ∣f∣≤s|f| \leq s 。这尤其适用于函数 lim inf⁡n→∞fn\liminf_{n \to \infty} f_n、lim sup⁡n→∞fn\limsup_{n \to \infty} f_n 和 ∑n∈Nfn\sum_{n \in \mathbf{N}} f_n(如果定义了和)。

4) 函数几乎在任何地方都等于经过调节的函数被调节。

命题 6 08ZX

— *令ff为在TT上定义的正数值函数,即μ\mu可测量且μ\mu可调节。则存在F+(T)\mathscr{F}_+(T)的元素的序列(hn)n∈N(h_n)_{n \in \mathbf{N}},其中和等于ff,具有以下性质:

引用了 2 · 被以下引用 3

引用了 定义 6, IV § 5, 命题 15, IV § 5

被以下引用 命题 1, 推论 2, V § 3, 命题 5, V § 3

1) 函数 h0h_0 是μ\mu-可以忽略不计。 2) 对于每个n≥1n \geq 1,都存在紧集KnK_n,使得hnh_n在KnK_n之外是零,并且hnh_n到KnK_n的限制是有限且连续的。

假设ff是正可测函数的序列(fn)(f_n)中的和,其中叙述中各有性质;显然ff也有。 集合

fn=inf⁡(f,n+1)−inf⁡(f,n) f_n = \inf(f, n+1) - \inf(f, n)
每n∈Nn \in \mathbf{N};由于 ff 等于序列 (fn)(f_n) 的和,因此假设 ff 受到调节且“有界”,则足以建立命题。然后用t∈Tt \in T的AA集合表示,使得f(t)>0f(t) > 0; AA是可测量和调节的,因此存在序列(An)(A_n)成对的不相交的可积集合使得A=⋃nAnA = \bigcup_n A_n。我们将函数fφAnf \varphi_{A_n}减少为证明叙述;在其他字中,我们可以假设ff是有界的并且零位于可积集合II之外。但II是可忽略不计的集合NN的并和成对不相交的紧集的序列(Ln)(L_n)(第IV, §4, No. 6章,第4章的Cor.2)。因此,我们只能处理 ff 有界且零在紧集 LL 之外的情况。

令K\mathscr{K}为TT的紧凑子集KK的集合,使得f∣Kf|K是连续的;由于 K\mathscr{K} 是 μ\mu 稠密(第 IV, §5, No. 10 章,第 15 条),LL 是可忽略不计的集合 NN 和序列 (Kn)n≥1(K_n)_{n \geq 1} 的并成对不相交的元素,共 K\mathscr{K}(第 IV, §5, No. 8 章,定义 6)。 函数 h0=fφNh_0 = f \varphi_N、hn=fφKnh_n = f \varphi_{K_n} n≥1n \geq 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。

命题 7 08ZY

— 令 ff 为 F+(T)\mathscr{F}_+(T) 的元素。 1) 如果函数 ff 不是 μ\mu 调节,则 μ∗(f)=+∞\mu^*(f) = +\infty。 2) 如果函数 ff 是 μ\mu 调节,则 μ∗(f)=μ∗(f)\mu^*(f) = \mu^*(f)。 3) *如果μ∗(f)<+∞\mu^*(f) < +\infty,则存在μ\mu调节的子集AA、序列的并,以及TT的紧凑子集,使得f=fφAf = f \varphi_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 AA 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 A0A_0 的并和紧集的序列 (An)n≥1(A_n)_{n \geq 1},我们可以假设是递增。 函数 ff 几乎处处都等于函数 fφAnf \varphi_{A_n} (n≥1n \geq 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∗(fφAn)≤μ∙(f), \mu^*(f) = \lim_{n \to \infty} \mu^*(f \varphi_{A_n}) \leq \mu^\bullet(f),

从而等式 μ∗(f)=μ∙(f)\mu^*(f) = \mu^\bullet(f) 凭借公式 (1)。最后,假设μ∙(f)<+∞\mu^\bullet(f) < +\infty;存在紧集的递增序列 (An)(A_n) 使得

μ∙(f)=sup⁡nμ∗(fφAn). \mu^\bullet(f) = \sup_n \mu^*(f \varphi_{A_n}).

集合A=⋃nAnA = \bigcup_n A_n;第二个成员等于 μ∗(fφA)\mu^*(f \varphi_A) (Ch. IV, §1, No. 3, Th. 3),即 μ∙(fφA)\mu^\bullet(f \varphi_A)(根据上述第 1 条或第 2 条)。由于μ∙(f)=μ∙(fφA)+μ∙(fφCA)\mu^\bullet(f) = \mu^\bullet(f \varphi_A) + \mu^\bullet(f \varphi_{\mathbf{C}_A})(命题2),我们有μ∙(fφCA)=0\mu^\bullet(f \varphi_{\mathbf{C}_A}) = 0,由此得出3)。

推论 1 08ZZ

要使 f 可以忽略不计,其局部可忽略且可调节是必要且充分的。

被以下引用 2

被以下引用 引理, 推论 3, V § 8

推论 2 0900

如果 μ\mu 是一个调节测度(特别是如果 μ\mu 有界,或者如果 T 在无穷大处可数),则 μ∗=μ∙\mu^* = \mu^\bullet。

被以下引用 1

被以下引用 命题 12, V § 5

命题 8 0901

a) *设H为函数≥0\geq 0的集合,下半连续,指向关系≤\leq;然后

μ∙(sup⁡h∈Hh)=sup⁡h∈Hμ∙(h). \mu^\bullet \left( \sup_{h \in H} h \right) = \sup_{h \in H} \mu^\bullet(h).

b) *设H为函数≥0\geq 0的集合,上半连续,定向关系≥\geq;如果 H 函数 h0h_0 中存在μ∙(h0)<+∞\mu^\bullet(h_0) < +\infty,则

μ∙(inf⁡h∈Hh)=inf⁡h∈Hμ∙(h). \mu^\bullet \left( \inf_{h \in H} h \right) = \inf_{h \in H} \mu^\bullet(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∈Hh\eta = \inf_{h \in H} h,令aa为数>0> 0。存在紧集 K 使得(第 IV, §4, No. 4 章,第 5 条命题第 1 条):

μ∙(h0)−a≤μ∗(h0φK)=μ(h0φK)≤μ∙(h0). \mu^\bullet(h_0) - a \leq \mu^*(h_0 \varphi_K) = \mu(h_0 \varphi_K) \leq \mu^\bullet(h_0).

函数hφKh\varphi_K,其中hh经过上半连续函数的HH、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∗(ηφK)=inf⁡h∈Hμ∗(hφK). \mu^*(\eta\varphi_K) = \inf_{h \in H} \mu^*(h\varphi_K).

但是(第 IV, §4, No. 4 章,第 5 条命题第 1 条)μ∙(h0φCK)⩽a\mu^\bullet(h_0\varphi_{C_K}) \leqslant a,从而 μ∙(hφCK)⩽a\mu^\bullet(h\varphi_{C_K}) \leqslant a 对于每个函数 h∈Hh \in H 使得 h⩽h0h \leqslant h_0。因此,最后:

μ∙(η)⩾μ∗(ηφK)=inf⁡h∈Hμ∗(hφK)⩾inf⁡h∈Hμ∙(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.

不等式μ∙(η)⩽inf⁡h∈Hμ∙(h)\mu^\bullet(\eta) \leqslant \inf_{h \in H} \mu^\bullet(h)是明显的,aa是任意的,命题成立。

3. 本质上可积函数

设FF为真正的Banach空间;回想一下空间 FFp\mathscr{F}_F^p(第 IV, §3, No. 3 章)和 LFp\mathscr{L}_F^p(第 IV, §3, No. 4,定义 2)中的元素是 μ\mu 调节的函数(第 IV, §5, No. 6,引理 1); NF\mathscr{N}_F仍将TT的可忽略的映射的空间表示到FF中,我们将把TT的局部可忽略的映射的空间NF∞\mathscr{N}_F^\infty引入FF。

引理 0902

设gg和g′g'是两个μ\mu调节的映射,其中值在FF中;如果 gg 和 g′g' 几乎在任何地方都等于相同的函数 ff,则 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 DD 为 t∈Tt \in T 的集合,使得 g(t)≠g′(t)g(t) \neq g'(t); DD 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‾Fp(T,μ)\overline{\mathscr{F}}_F^p(T, \mu)(或简称为F‾Fp(μ)\overline{\mathscr{F}}_F^p(\mu),F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p,如果不会造成混淆)将TT的映射ff的集合表示为FF,使得存在函数g∈FFpg \in \mathscr{F}_F^p等于ff当地几乎到处都是。由于数Np(g)N_p(g)仅依赖于ff乘以引理,我们将写成N‾p(f)=Np(g)\overline{N}_p(f) = N_p(g)。 函数N‾p\overline{N}_p显然是F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p的半范数,我们总是假设F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p配备有N‾p\overline{N}_p定义的拓扑。这个拓扑的0的闭包是空间NF∞\mathscr{N}_F^\infty; 关系 F‾Fp=FFp+NF∞\overline{\mathscr{F}}_F^p = \mathscr{F}_F^p + \mathscr{N}_F^\infty、NF∞∩FFp=NF\mathscr{N}_F^\infty \cap \mathscr{F}_F^p = \mathscr{N}_F (引理) 表明规范化的空间 F‾Fp/NF∞\overline{\mathscr{F}}_F^p / \mathscr{N}_F^\infty 可以与 FFp/NF\mathscr{F}_F^p / \mathscr{N}_F 规范地一致,这是完整的(第 IV, §3, No. 3 章,第 5 条);因此F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p本身是完整的。

我们同样用F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p的L‾Fp(T,μ)\overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \mu)(或L‾Fp(μ)\overline{\mathscr{L}}_F^p(\mu),或L‾Fp\overline{\mathscr{L}}_F^p)子空间LFp+NF∞\mathscr{L}_F^p + \mathscr{N}_F^\infty来表示;也可以将L‾Fp\overline{\mathscr{L}}_F^p表征为F‾Fp\overline{\mathscr{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‾Fp/NF∞\overline{\mathscr{L}}_F^p / \mathscr{N}_F^\infty可以与LFpL_F^p规范地识别;因此L‾Fp\overline{\mathscr{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:

命题 9 0903

对于T的映射 f到F到属于到F‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p(分别到L‾Fp\overline{\mathscr{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 .

则有N‾p(f)=(μ∙(∣f∣p))1/p\overline{N}_p(f) = (\mu^\bullet(|f|^p))^{1/p}。

关于F‾Fp\overline{\mathscr{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‾Fp\overline{\mathscr{F}}_F^p,则令 g 为函数属于至 FFp\mathscr{F}_F^p,几乎处处局部等于 f;那么 ∣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

(命题 1,a)和命题 7),另一方面,通过 N‾p\overline{N}_p 的定义,

N‾p(f)=Np(g)=(μ∗(∣g∣p))1/p. \overline{N}_p(f) = N_p(g) = (\mu^*(|g|^p))^{1/p} .

相反,假设μ∙(∣f∣p)<+∞\mu^\bullet(|f|^p) < +\infty;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 fφAf \varphi_A,几乎在任何地方都等于 f,使得 Np(fφA)=N‾p(f)<+∞N_p(f \varphi_A) = \overline{N}_p(f) < +\infty,因此它属于到 FFp\mathscr{F}_F^p,以及 f∈F‾Fpf \in \overline{\mathscr{F}}_F^p。

推论 0904

对于f到属于到LFp\mathscr{L}_F^p,f属于到L‾Fp\overline{\mathscr{L}}_F^p是必要且充分的并且被调节。

被以下引用 4

被以下引用 推论 1, V § 2, 命题 9, V § 8, 命题 7, VI § 1, VI § 3. 。措施的分解

定义 3 0905

L‾F1\overline{\mathscr{L}}_F^1 的元素实质上被称为 F 中与值的 μ\mu 可积函数。 将 LF1L_F^1 的映射 f~↦μ(f)\tilde{f} \mapsto \mu(f) 组合到 F 中,将 L‾F1\overline{\mathscr{L}}_F^1 的典范映射组合到 LF1L_F^1 上,得到连续将L‾F1\overline{\mathscr{L}}_F^1的线性映射转化为F,将LF1\mathscr{L}_F^1的扩展映射f↦∫fdμf \mapsto \int f d\mu转化为F。再将f∈L‾F1f \in \overline{\mathscr{L}}_F^1的映射的∫fdμ\int f d\mu或μ(f)\mu(f)值表示,并且这元素称为 f 右 μ\mu 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≥0f \geq 0,∫∙fdμ=∫fdμ\int^\bullet f d\mu = \int f d\mu。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 可积集合; ∫φAdμ\int \varphi_A d\mu 也表示为 μ(A)\mu(A),再次称为 A 的*度量*。

If a function ff, with values in FF, is defined locally almost everywhere in TT, we again say that ff is essentially integrable if it is equal, locally almost everywhere, to a function f1f_1 that is everywhere defined and integrable; we then set

∫f dμ=∫f1 dμ, \int f\, d\mu = \int f_1\, d\mu,
and this definition is independent of the integrable function f1f_1 everywhere defined and equal locally almost everywhere to ff (Lemma). One defines similarly the notion of essentially integrable function for functions with values in R‾\overline{\mathbf{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 dμ∣≤∫∣f∣ dμ, \left| \int f\, d\mu \right| \leq \int |f|\, d\mu,
对于 Banach 空间中的每个可积函数 ff 和值都有效。

命题 10 0906

令K\mathfrak{K}为TT的紧凑子集的μ\mu密集集合。* a) 如果 ff 是数字函数 ≥0\geq 0,则

μ∙(f)=sup⁡K∈Kμ∗(fφK). \mu^\bullet(f) = \sup_{K \in \mathfrak{K}} \mu^*(f \varphi_K).
b) 如果 ff 实质上是可积函数且值位于 Banach 空间 FF 中,则
∫f dμ=lim⁡K∫fφK dμ, \int f\, d\mu = \lim_{\mathfrak{K}} \int f \varphi_K\, d\mu,
*极限是相对于指示(对于⊂\subset)集合K\mathfrak{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 TT 的每个紧凑子集 LL,

∫∗fφL dμ=sup⁡K∫∗fφK dμ, \int^* f \varphi_L\, d\mu = \sup_K \int^* f \varphi_K\, d\mu,
其中KK超过LL属于到K\mathfrak{K}的子集的集合。由于LL是可忽略不计的集合的并和K\mathfrak{K}的元素的递增序列(Kn)(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ff属于到LF1\mathscr{L}_F^1;令ε\varepsilon为数>0> 0,并令KK为K\mathfrak{K}的元素,使得

∫∣f∣φK dμ≥∫∣f∣ dμ−ε \int |f| \varphi_K\, d\mu \geq \int |f|\, d\mu - \varepsilon

(这样的 K 由 a) 存在。然后,对于每个紧集 H 包含 K,

∣∫f dμ−∫fφH dμ∣≤∫∣f∣φCH dμ≤∫∣f∣φCK dμ≤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 .

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‾Fp(T,μ)\overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \mu) 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 为复测度;我们集合L‾Fp(T,θ)=L‾Fp(T,∣θ∣)\overline{\mathscr{L}}_F^p(T, \theta) = \overline{\mathscr{L}}_F^p(T, |\theta|);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 本质上可积,则它对于 ∣θ∣|\theta| 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)。

命题 11 0907

— 令 (λα)α∈A(\lambda_\alpha)_{\alpha \in A} 为 T 上的一系列正测度,针对关系 ≤\leq,并在 M(T)\mathscr{M}(T) 中具有至高λ\lambda。然后,对于每个数字函数 f≥0f \geq 0,

λ∙(f)=sup⁡α∈Aλα∙(f). \lambda^\bullet(f) = \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(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ff属于到K(T)\mathscr{K}(T)时,M(T)\mathscr{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≤gf \leq g对于某些函数g∈K+g \in \mathscr{K}_+(在其他字中,ff是有界的并且是零在紧集K之外);设α\alpha为指标,使得λα(g)≥λ(g)−ε\lambda_\alpha(g) \geq \lambda(g) - \varepsilon,其中ε\varepsilon为数>0> 0;由于度量 ν=λ−λα\nu = \lambda - \lambda_\alpha 是正数,因此我们有 ν∗(f)≤ν(g)≤ε\nu^*(f) \leq \nu(g) \leq \varepsilon 或 λα∗(f)≥λ∗(f)−ε\lambda_\alpha^*(f) \geq \lambda^*(f) - \varepsilon(第 IV, §1, No. 3 章,第 15 条命题)。由此可见(因为 ε\varepsilon 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ff是K之外的零,但不一定有界,并且对于每个整数nn,集合fn=inf⁡(f,n)f_n = \inf(f, n)。然后

λ∙(f)=sup⁡n∈Nλ∙(fn)=sup⁡n∈Nsup⁡α∈Aλα∙(fn)=sup⁡α∈Asup⁡n∈Nλα∙(fn)=sup⁡α∈Aλα∙(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).

最后,在ff上没有限制,用TT的紧凑子集的K\mathscr{K}集合表示,我们有

λ∙(f)=sup⁡K∈Kλ∙(fφK)=sup⁡K∈Ksup⁡α∈Aλα∙(fφK) \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)
=sup⁡α∈Asup⁡K∈Kλα∙(fφK)=sup⁡α∈Aλα∙(f). = \sup_{\alpha \in A} \sup_{K \in \mathscr{K}} \lambda_\alpha^\bullet(f \varphi_K) = \sup_{\alpha \in A} \lambda_\alpha^\bullet(f).

推论 1 0908

为了使 T 的子集 N 局部 λ\lambda 可忽略,对于每个 α∈A\alpha \in A,N 局部 λα\lambda_\alpha 可忽略是必要且充分的。

被以下引用 1

被以下引用 推论 2

推论 2 0909

为了使 T 的映射 g 成为拓扑空间 G λ\lambda 可测,它对于每个 α∈A\alpha \in A λα\lambda_\alpha 可测是充分必要的。

引用了 4 · 被以下引用 2

引用了 命题 15, IV § 1, 命题 12, IV § 5, 命题 15, IV § 5, 推论 1

被以下引用 命题 5, V § 5, 命题 6, V § 6

条件显然是必要的,因为λα≤λ\lambda_\alpha \leq \lambda对应于每个α\alpha(第IV, §1, No. 3,第15条命题)。相反,假设gg对于所有α\alpha是λα\lambda_\alpha可测的,用T的紧致子集K的K\mathscr{K}集合表示,使得g∣Kg|K是连续的,并且让L是紧集使得L∩KL \cap K对于每个K∈KK \in \mathscr{K},λ\lambda可以忽略不计。由于集合K\mathscr{K}是λα\lambda_\alpha密集,L对于每个α\alpha来说λα\lambda_\alpha可以忽略不计(第IV, §5, No. 8,第12章),因此λ\lambda可以忽略不计(Cor.1)。由此可知 K\mathscr{K} 是 λ\lambda 稠密的,并且 gg 是 λ\lambda 可测的(第 IV, §5, No. 10 章,第 15 条命题)。

习题

参见习题为 § 1。

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