Лекции по функциональному анализу - Константинов (1187976), страница 34
Текст из файла (страница 34)
§¬¥à¨¬ë¬ ¯à®áâà á⢮¬ ¡ã¤¥¬ §ë¢ âì âனªã (X, M, µ), £¤¥ X | ¬®¦¥á⢮, M | σ-ª®«ìæ® ¯®¤¬®¦¥á⢠¨§ X , ¯à¨ç¥¬ ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ X ∈ M, µ: M → [0, +∞]| ¯®« ï áçñâ®- ¤¤¨â¨¢ ï äãªæ¨ï, ª®â®àãî ¡ã¤¥¬ §ë¢ âì ¬¥à®©. î¡®¥ ¬®¦¥á⢮ E ∈ M §®¢ñ¬ ¨§¬¥à¨¬ë¬, ¢¥«¨ç¨ã µ(E)| ¬¥à®© ¬®¦¥á⢠E . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.2.2. ãáâì X | ¥ª®â®à®¥ ¬®¦¥á⢮, äãªæ¨ï f : X → R ∪ {±∞}. «ï «î¡®£® í«¥¬¥â a ∈ R ∪ {±∞} ®¯à¥¤¥«¨¬ ¬®¦¥á⢠L< (f, a) = { x ∈ X | f (x) < a } ,L> (f, a) = { x ∈ X | f (x) > a } ,L≤ (f, a) = { x ∈ X | f (x) ≤ a } ,L≥ (f, a) = { x ∈ X | f (x) ≥ a } .¢¥¤ñë¥ ¬®¦¥á⢠§®¢ñ¬ «¥¡¥£®¢ë¬¨ ¬®¦¥á⢠¬¨ äãªæ¨¨ f . ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.2.3.
ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮. ãªæ¨î f : X → R ∪ {±∞} ¡ã¤¥¬ §ë¢ âì ¨§¬¥à¨¬®©,¥á«¨ ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a «¥¡¥£®¢® ¬®¦¥á⢮ L< (f, a) ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬ë¬, â. ¥. ¢ë¯®«¥® ¢ª«î票¥ L< (f, a) ∈ M. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.2.1. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, äãªæ¨ï f : X → R ∪ {±∞}. ®£¤ á«¥¤ãî騥 ã⢥ত¥¨ïíª¢¨¢ «¥âë1) äãªæ¨ï f ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©;2) ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¢ë¯®«¥® L≥ (f, a) ∈ M;3) ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¢ë¯®«¥® L> (f, a) ∈ M;4) ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¢ë¯®«¥® L≤ (f, a) ∈ M.194 ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ãáâì ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 1.
«ï «î¡®£®ç¨á« a ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î σ-ª®«ìæ ¯®«ãç ¥¬ L≥ (f, a) = X\L< (f, a) ∈∈ M, â ª ª ª X ∈ M. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 2. ᫨¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 2, â® ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¯®«ãç ¥¬ L> (f, a) =∞¡¢S1L≥ f, a + m∈ M ª ª áçñ⮥ ®¡ê¥¤¨¥¨¥ ¬®¦¥á⢠σ -ª®«ìæ m=1M. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 3. ᫨ ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 3,â® ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î σ-ª®«ìæ ¯®«ãç ¥¬ L≤ (f, a) == X\L> (f, a) ∈ M, â ª ª ª X ∈ M. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 4. ª®¥æ, ¥á«¨ ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 4, â® ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a∞¢¡S1¯®«ãç ¥¬ L< (f, a) =L≤ f, a − m∈ M ª ª áçñ⮥ ®¡ê¥¤¨¥m=1¨¥ ¬®¦¥á⢠σ-ª®«ìæ M. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ë¯®«¥® ãá«®¢¨¥ 1. « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 4.2.1. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, äãªæ¨ï f : X → R ∪ {±∞}.
®£¤ äãªæ¨ï g(x) = −f (x) ¤«ï«î¡®£® x ∈ X ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. «ï «î¡®£® ç¨á« a ¯®«ãç ¥¬ L< (g, a) == L> (f, −a) ∈ M,çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.2.2. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮. ãáâì § ¤ ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì fm : X → R ∪ {±∞} ¨§¬¥à¨¬ëå ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à m äãªæ¨©. ãáâìg(x) = sup fm (x),g̃(x) = inf fm (x),h(x) = lim fm (x),h̃(x) = lim fm (x)m∈Nm∈Nm→∞m→∞¤«ï «î¡®£® x ∈ X .
®£¤ äãªæ¨¨ g, g̃, h, h̃: X → R∪{±∞} ïîâá﨧¬¥à¨¬ë¬¨. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. «ï «î¡®£® ç¨á« a ¯®«ãç ¥¬ L≤ (g, a) =∞T¢ ᨫ㠧 ¬¥ç ¨ï 4.1.3. «¥¤®¢ ⥫ì®, ¢ ᨫãã⢥ত¥¨ï4.2.1 ´äãªæ¨ï g ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©. ª ª ª g̃(x) =³= − sup − fm (x) ¤«ï «î¡®£® x ∈ X , â® ¯®«ãç ¥¬ ¨§¬¥à¨¬®áâìm∈Näãªæ¨¨ g̃ ¢ ᨫã á«¥¤á⢨ï 4.2.1. «ï «î¡®£® x ∈ X ¯® ®¯à¥¤¥«¥¨î¢¥à奣® ¯à¥¤¥« ¯®«ãç ¥¬ h(x) = lim sup fm (x) = inf sup fm (x).=m=1L≤ (fm , a) ∈ Mk→∞ m≥k195k∈N m≥k«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® ¤®ª § ®¬ã ¢ë襳äãªæ¨ï´h ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©.
ª®¥æ, â ª ª ª h̃(x) = − m→∞lim − fm (x) ¤«ï «î¡®£® x ∈ X ,â® ¯®«ãç ¥¬ ¨§¬¥à¨¬®áâì äãªæ¨¨ h̃ ¢ ᨫã á«¥¤á⢨ï 4.2.1. « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 4.2.2. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮. ãáâì ¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì fm : X → R∪{±∞} ¨§¬¥à¨¬ëå ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à m äãªæ¨© â ª®¢ , çâ® ¤«ï «î¡®£® x ∈ X áãé¥áâ¢ã¥â¯à¥¤¥« m→∞lim fm (x) = g(x) ∈ R ∪ {±∞}. ®£¤ äãªæ¨ï g: X → R ∪∪ {±∞} ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. ª ª ª ¤«ï «î¡®£® x ∈ X ¢ë¯®«¥®à ¢¥á⢮ g(x) = m→∞lim fm (x) = lim fm (x) = lim fm (x), â® ¨§¬¥à¨m→∞m→∞¬®áâì g áà §ã á«¥¤ã¥â ¨§ ã⢥ত¥¨ï 4.2.2. â ¢ ¥ à ¦ ¤ ¥ ¨ ¥ 4.2.3. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, ¬®¦¥á⢮ G ⊂ R2 ®âªàëâ®.
ãáâì äãªæ¨¨ f, g: X →→¯à¨çñ¬ ¤«ï «î¡®£® x ∈ X á¯à ¢¥¤«¨¢® ¢ª«î票¥³ R ¨§¬¥à¨¬ë,´f (x), g(x) ∈ G. ãáâì äãªæ¨ï F : G → R ï¥âáï ¥¯à¥à뢮© G. ®£¤ äãªæ¨ï h(x) = F¨§¬¥à¨¬®©.³´f (x), g(x)¤«ï ¢á¥å x ∈ X ï¥âáï ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. «ï «î¡®£® a ∈ R à áᬮâਬ ¯à®®¡à §®âªàë⮣® «ãç (−∞, a) ⊂ R ¯® ¤¥©á⢨¥¬ äãªæ¨¨ F , â. ¥. ¬®¦¥á⢮ F −1 (−∞, a) = { (u, v) ∈ G | F (u, v) < a }. ª ª ª äãªæ¨ïF ¥¯à¥àë¢ ®âªàë⮬ ¬®¦¥á⢥ G ⊂ R2 , â® ¢ ᨫã ã⢥ত¥¨ï 1.1.6 ¬®¦¥á⢮ F −1 (−∞, a) ®âªàëâ® ¢ R2 . ª ¯®ª § ® ¢ § ¬¥ç ¨¨ 4.1.14, «î¡®¥ ®âªàë⮥ ¢ R2 ¬®¦¥á⢮ ¯à¥¤áâ ¢¨¬® ¢ ¢¨¤¥áçñ⮣® ®¡ê¥¤¨¥¨ï ®âªàëâëå ª«¥â®ª.
«¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â¯®á«¥¤®¢ ⥫ì®áâì ®âªàëâëå ª«¥â®ªΠm =©(u, v) ∈ R2 | am < u < bm , cm < v < dm∞Sª,â ª ï, çâ® F −1 (−∞, a) =Πm . ®£¤ «¥¡¥£®¢® ¬®¦¥á⢮ äãªm=1樨 h ¨¬¥¥â ¢¨¤L< (h, a) =∞ n[¯o¯x ∈ X ¯ (f (x), g(x)) ∈ Πm .m=1196 ª ª ª ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à m á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮n¯o¯x ∈ X ¯ (f (x), g(x)) ∈ Πm == L> (f, am ) ∩ L< (f, bm ) ∩ L> (g, cm ) ∩ L< (g, dm ) ∈ M,â® ¬®¦¥á⢮ L< (h, a) ∈ M ª ª áçñ⮥ ®¡ê¥¤¨¥¨¥ ¨§¬¥à¨¬ë嬮¦¥áâ¢.
ª¨¬ ®¡à §®¬, äãªæ¨ï h ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©. « ¥ ¤ á â ¢ ¨ ¥ 4.2.3. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, äãªæ¨¨ f, g: X → R ¨§¬¥à¨¬ë. ®£¤ äãªæ¨¨ f + g, f − gf¨ f g ⮦¥ ïîâáï ¨§¬¥à¨¬ë¬¨. ᫨ g 6= 0 X , â® äãªæ¨ïgï¥âáï ¨§¬¥à¨¬®©. ® ª § â ¥ « ì á â ¢ ®. «ï ¤®ª § ⥫ìá⢠¨§¬¥à¨¬®á⨠äãªæ¨© f +g, f −g ¨ f g ¤® ¯à¨¬¥¨âì ã⢥ত¥¨¥ 4.2.3 ᮮ⢥âá⢥®¤«ï äãªæ¨© F (u, v) = u + v, F (u, v) = u − v ¨ F (u, v) = uv ¬®f¦¥á⢥ G = R2 .
«ï ¤®ª § ⥫ìá⢠¨§¬¥à¨¬®á⨠äãªæ¨¨ ¯à¨gãá«®¢¨¨ g 6= 0 X ¤® ¯à¨¬¥¨âì ã⢥ত¥¨¥4.2.3¤«ïäãªæ¨¨©ªuF (u, v) = ®âªàë⮬ ¬®¦¥á⢥ G = (u, v) ∈ R2 | v 6= 0 .v à ¨ ¬ ¥ à 4.2.1. ®ª ¦¥¬, çâ® á㯥௮§¨æ¨ï f (g) ¨§¬¥à¨¬®©äãªæ¨¨ f á ¥¯à¥à뢮© äãªæ¨¥© g ¬®¦¥â ¥ ¡ëâì ¨§¬¥à¨¬®©.ãáâì X = [0, 1], M | σ-ª®«ìæ® ¨§¬¥à¨¬ëå ¯® ¥¡¥£ã ¬®¦¥á⢠®â१ª [0, 1], µ | ¬¥à ¥¡¥£ . ãáâì ª®¬¯ ªâ K ⊂ X | ª â®à®¢®¬®¦¥á⢮ (á¬. [4, £«. 2, ¯. 2.44, á. 51] ¨«¨ [1, £«. II, § 2, á.
63]). ®£¤ ®âªàë⮥ ¬®¦¥á⢮ G = X\K ¯à¥¤áâ ¢«ï¥â ᮡ®© áçñ⮥ ®¡ê¥¤¨¥¨¥ ¯®¯ à® ¥¯¥à¥á¥ª îé¨åáï ¨â¥à¢ «®¢ Im á㬬 ன ¤«¨ë∞∞SP1, â. ¥. G =Im , µ(G) =µ(Im ) = 1. «¥¤®¢ ⥫ì®, µ(K) =m=1m=1= 1 − µ(G) = 0. ¡®§ 稬 ç¥à¥§ `: [0, 1] → [0, 1] ª â®à®¢ã «¥áâ¨æã(á¬. [1, £«. VI, § 4, á. 341]), ¯à¥¤áâ ¢«ïîéãî ᮡ®© ¥¯à¥àë¢ãî ®â१ª¥ [0, 1] ¥ã¡ë¢ îéãî äãªæ¨î, â ªãî, çâ® `(0) = 0, `(1) = 1,¨ ¯®áâ®ïãî ª ¦¤®¬ ¨â¥à¢ «¥ Im , â. ¥. ¤«ï «î¡®£® ®¬¥à máãé¥áâ¢ã¥â ç¨á«® cm ∈ (0, 1), â ª®¥, çâ® `(x) = cm ¤«ï «î¡®£® x ∈∈ Im .
áᬮâਬ äãªæ¨î h(x) = 21 (`(x) + x) ¤«ï x ∈ [0, 1]. ®£¤ äãªæ¨ï h áâண® ¢®§à á⠥⠮â१ª¥ [0, 1], h(0) = 0, h(1) = 1.«¥¤®¢ ⥫ì®, áãé¥áâ¢ã¥â ®¡à â ï ¥¯à¥àë¢ ï áâண® ¢®§à áâ îé ï äãªæ¨ï h−1 : [0, 1] → [0, 1]. áᬮâਬ ®¡à § ¬®¦¥á⢠G197∞S¯®¤ ¤¥©á⢨¥¬ äãªæ¨¨ h. ¬¥¥¬ h(G) =h(Im ). ਠí⮬ ¢m=1ᨫ㠥¯à¥à뢮á⨠¨ áâண®£® ¢®§à áâ ¨ï äãªæ¨¨ h ¤«ï «î¡®£®®¬¥à m ¬®¦¥á⢮ h(Im ) ï¥âáï ®âªàëâë¬ ¨â¥à¢ «®¬ ¨ h(Im )∩∞P∩ h(Ik ) = ∅ ¯à¨ m 6= k .
«¥¤®¢ ⥫ì®, µ(h(G)) =µ(h(Im )) ==∞Pm=1∞¢Pµ 2 (cm + Im ) =¡1m=1m=112 µ(Im )=12 µ(G)=12. ®£¤ ¬®¦¥á⢮¨ µ(h(K)) = 1 − µ(h(G)) = 21 . ®í⮬㠢ᨫã ã⢥ত¥¨ï 4.1.12 ¬®¦¥á⢮ ¯®«®¦¨â¥«ì®© ¬¥àë h(K) ᮤ¥à¦¨â ¥¨§¬¥à¨¬®¥ ¯® ¥¡¥£ã ¯®¤¬®¦¥á⢮ S , â. ¥. S ⊂ h(K) ¨S 6∈ M. ® ¢ ᨫ㠯®«®âë ¬¥àë ¥¡¥£ (á¬. § ¬¥ç ¨ï 4.1.12 ¨4.1.13) ¬®¦¥á⢮ E = h−1 (S) ⊂ K ï¥âáï ¨§¬¥à¨¬ë¬ ¯® ¥¡¥£ãª ª ¯®¤¬®¦¥á⢮ ª â®à®¢ ¬®¦¥á⢠K ¬¥àë ã«ì. ¯à¥¤¥«¨¬¨§¬¥à¨¬ãî äãªæ¨î f : [0, 1] → [0, 1] ¢¨¤ f (x) = 0 ¯à¨ x ∈ E ¨f (x) = 1 ¯à¨ x ∈ [0, 1]\E . á®, çâ® äãªæ¨ï f ¨§¬¥à¨¬ , â ª ª ª¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¯®«ãç ¥¬h(K) = [0, 1]\h(G) ∈ M X, a > 1,E, 0 < a ≤ 1,L< (f, a) =∈ M.∅, a ≤ 0ãáâì ¥¯à¥àë¢ ï äãªæ¨ï g = h−1 .
®£¤ äãªæ¨ï f (g): [0, 1] →→ [0, 1] ï¥âáï ¥¨§¬¥à¨¬®©, â ª ª ª ¥ñ «¥¡¥£®¢® ¬®¦¥á⢮L< (f (g), 1) =©¯ªx ∈ [0, 1] ¯ h−1 (x) ∈ E == { x ∈ [0, 1] | x ∈ h(E) = S } = S 6∈ M,â. ¥. ¥¨§¬¥à¨¬®. ¯ à ¥ ¤ ¥ « ¥ ¨ ¥ 4.2.4. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮. §¬¥à¨¬ë¥ äãªæ¨¨ f, g: X → R ∪ {±∞} §®¢ñ¬ íª¢¨¢ «¥â묨, ¥á«¨ ®¨ ®â«¨ç îâáï ¬®¦¥á⢥ ¬¥àë ã«ì, â.
¥.µ{ x ∈ X | f (x) 6= g(x) } = 0.ª¢¨¢ «¥âë¥ ¨§¬¥à¨¬ë¥ äãªæ¨¨ f ¨ g ¡ã¤¥¬ ®¡®§ ç âì f∼ g. ¬ ¥ ç ¨ ¥ 4.2.1. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, ¨ § ¤ ë ¨§¬¥à¨¬ë¥ äãªæ¨¨ f, g: X → R ∪ {±∞} . ®£¤ ¬®¦¥á⢮ E = { x ∈ X | f (x) 6= g(x) } ∈ M. ®ª ¦¥¬ íâ®. ¯à¥¤¥«¨¬198¬®¦¥á⢮½X0 =¯¾¯ −∞ < f (x) < +∞¯x∈X ¯=−∞ < g(x) < +∞∞ ½[=x∈Xm=1¯¾¯ −m < f (x) < m¯∈ M.¯ −m < g(x) < m áᬮâਬ ¬®¦¥á⢠E0E1E2E3E4====={ x ∈ X0{x∈X{x∈X{x∈X{x∈X|||||f (x) − g(x) 6= 0 },f (x) = −∞, g(x) > −∞ },f (x) = +∞, g(x) < +∞ },f (x) > −∞, g(x) = −∞ },f (x) < +∞, g(x) = +∞ }.®£¤ á¯à ¢¥¤«¨¢® à ¢¥á⢮ E = E0 ∪ E1 ∪ E2 ∪ E3 ∪ E4 .
ãªæ¨¨f, g: X0 → R ïîâáï ¨§¬¥à¨¬ë¬¨, â ª ª ª ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a¨¬¥¥¬ ¨§¬¥à¨¬®áâì «¥¡¥£®¢ëå ¬®¦¥áâ¢{ x ∈ X0 | f (x) < a } ={ x ∈ X0 | g(x) < a } =X0 ∩ L< (f, a) ∈ M,X0 ∩ L< (g, a) ∈ M.«¥¤®¢ ⥫ì®, ¯® á«¥¤á⢨î 4.2.3 ¯®«ãç ¥¬ ¨§¬¥à¨¬®áâì äãªæ¨¨(f − g): X0 → R. ®£¤ ¬®¦¥á⢮ E0 = { x ∈ X0 | f (x) − g(x) << 0 } ∪ { x ∈ X0 | f (x) − g(x) > 0 } ∈ M.
«¥¥ ¨¬¥¥¬ á®®â®è¥¨ï·E1=m=1·E2==m=1¸ · ∞¸∞TSL> (f, m) ∩L< (g, m) ∈ M,m=1¸ · ∞¸∞STL> (f, −m) ∩L< (g, −m) ∈ M,m=1·E4¸ · ∞¸SL< (f, −m) ∩L> (g, −m) ∈ M,m=1·E3∞T=m=1¸ · ∞¸∞STL< (f, m) ∩L> (g, m) ∈ M.m=1m=1«¥¤®¢ ⥫ì®, E ∈ M, çâ® ¨ âॡ®¢ «®áì. ¬ ¥ ç ¨ ¥ 4.2.2. ãáâì (X, M, µ) | ¨§¬¥à¨¬®¥ ¯à®áâà á⢮, äãªæ¨ï f : X → R ∪ {±∞} ¨§¬¥à¨¬ . ®£¤ ¨§¬¥¥¨¥ äãªæ¨¨199 ¬®¦¥á⢥ ¬¥àë ã«ì ¤ ñâ ¨§¬¥à¨¬ãî äãªæ¨î, ¥áâ¥á⢥®,íª¢¨¢ «¥âãî f .¥©á⢨⥫ì®, ¯ãáâì ¬®¦¥á⢮ A ∈ M ¨¬¥¥â ¬¥àã ã«ì, äãªæ¨ï g: X → R ∪ {±∞} â ª®¢ , çâ® g(x) = f (x) ¤«ï ¢á¥å x ∈ X\A.®£¤ ¤«ï «î¡®£® ç¨á« a ¯®«ãç ¥¬f³´L< (g, a) = L< (f, a)\A ∪ { x ∈ A | g(x) < a } . ᨫ㠨§¬¥à¨¬®á⨠äãªæ¨¨ f ¨¬¥¥¬ L< (f, a)\A ∈ M.