Мера, порождённая внешней мерой — различия между версиями

Материал из Викиконспекты
Перейти к: навигация, поиск
м (так логичнее)
Строка 8: Строка 8:
 
Так как <tex> B = (B \cap A) \cup (B \cap \overline{A}) </tex>, то, по полуаддитивности внешней меры, <tex> \mu^*(B) \le \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) </tex> всегда, поэтому, когда мы будем проверять, что одно множество хорошо разбивает другое, достаточно проверять неравенство <tex> \mu^*(B) \ge \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) </tex>. Оно всегда верно, если <tex> \mu^*(B) = +\infty </tex>, поэтому далее будем проверять его только для случая <tex> \mu^*(B) < +\infty </tex>.
 
Так как <tex> B = (B \cap A) \cup (B \cap \overline{A}) </tex>, то, по полуаддитивности внешней меры, <tex> \mu^*(B) \le \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) </tex> всегда, поэтому, когда мы будем проверять, что одно множество хорошо разбивает другое, достаточно проверять неравенство <tex> \mu^*(B) \ge \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) </tex>. Оно всегда верно, если <tex> \mu^*(B) = +\infty </tex>, поэтому далее будем проверять его только для случая <tex> \mu^*(B) < +\infty </tex>.
  
Выделим в <tex> X </tex> класс множеств <tex> \mathcal{A} </tex>, такой, что каждое <tex> A \in \mathcal{A} </tex> хорошо разбивает любое множество из <tex> X </tex>.
+
{{Определение
 +
|definition=Множество <tex>A \in X</tex> называется '''μ*-измеримым''', если оно '''хорошо разбивает''' всякое множество <tex>E \in X</tex>.
 +
}}
 +
 
 +
Выделим в <tex> X </tex> класс <tex> \mu^*</tex>-измеримых множеств <tex> \mathcal{A} </tex>.
 +
 
 
{{Теорема
 
{{Теорема
 
|statement=
 
|statement=
Строка 58: Строка 63:
 
Дальше еще две строчки, но, вроде бы, они не нужны.
 
Дальше еще две строчки, но, вроде бы, они не нужны.
  
}}
 
 
{{Определение
 
|definition=Множество <tex>A \in X</tex> называется '''μ*-измеримым''', если оно '''хорошо разбивает''' всякое множество <tex>E \in X</tex>.
 
 
}}
 
}}
  
 
[[Внешняя мера|<<]] [[Процесс Каратеодори|>>]]
 
[[Внешняя мера|<<]] [[Процесс Каратеодори|>>]]
 
[[Категория:Математический анализ 2 курс]]
 
[[Категория:Математический анализ 2 курс]]

Версия 01:54, 9 января 2012

<< >>


Определение:
Пусть есть множество [math] X [/math] и внешняя мера [math] \mu^* [/math] на нем, и множества [math] A, B [/math] являются подмножествами [math] X [/math]. Множество [math] A [/math] хорошо разбивает множество [math] B [/math], если [math] \mu^*(B) = \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) [/math].


Так как [math] B = (B \cap A) \cup (B \cap \overline{A}) [/math], то, по полуаддитивности внешней меры, [math] \mu^*(B) \le \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) [/math] всегда, поэтому, когда мы будем проверять, что одно множество хорошо разбивает другое, достаточно проверять неравенство [math] \mu^*(B) \ge \mu^*(B \cap A) + \mu^*(B \cap \overline{A}) [/math]. Оно всегда верно, если [math] \mu^*(B) = +\infty [/math], поэтому далее будем проверять его только для случая [math] \mu^*(B) \lt +\infty [/math].


Определение:
Множество [math]A \in X[/math] называется μ*-измеримым, если оно хорошо разбивает всякое множество [math]E \in X[/math].


Выделим в [math] X [/math] класс [math] \mu^*[/math]-измеримых множеств [math] \mathcal{A} [/math].

Теорема:
1) [math] \mathcal{A} [/math][math] \sigma [/math]-алгебра множеств.
2) [math] \mu^* |_{\mathcal{A}} [/math] — мера на [math] \mathcal{A} [/math].
Доказательство:
[math]\triangleright[/math]

Доказательство разбиваем на 2 этапа. На первом этапе мы докажем, что [math] \mathcal{A} [/math] - алгебра, а [math] \mu^* [/math] конечно-аддитивна на этой алгебре. На втором этапе — что [math] \mathcal{A} [/math][math] \sigma [/math]-алгебра, а [math] \mu^* [/math] является [math] \sigma [/math]-аддитивной на ней.

1.

Сначала проверим аксиомы алгебры:

  1. [math] \forall E \subset X: \mu^*(E) \ge \mu^*(E) = \mu^*(\varnothing) + \mu^*(E) = \mu^*(E \cap \varnothing) + \mu^*(E \cap \overline{\varnothing}) [/math], значит, [math] \varnothing \in \mathcal{A} [/math].
  2. Пусть [math] A \in \mathcal{A} [/math], тогда [math] \forall E \subset X: \mu^*(E) = \mu^*(E \cap A) + \mu^*(E \cap \overline{A}) = \mu^*(E \cap \overline{A}) + \mu^*(E \cap \overline{\overline{A}}) [/math], значит, для [math] \forall A \in \mathcal{A}:\ \overline{A} \in \mathcal{A}[/math].
  3. Пусть [math] A, B \in \mathcal{A} [/math].
    Заметим, что, так как [math]\overline{A} \subset \overline{A \cap B}[/math], то [math] E \cap \overline{A} = E \cap \overline{A \cap B} \cap \overline{A} [/math], и меры этих множеств равны.
    Также, [math] A \cap \overline{B} = \overline{\overline{A} \cup B} = \overline{(A \cup \overline{A}) \cap (B \cup \overline{A})} = \overline{(A \cap B) \cup \overline{A}} = \overline{A \cap B} \cap A [/math], и [math] \mu^*(E \cap A \cap \overline{B}) = \mu^*(E \cap \overline{A \cap B} \cap A) [/math].
    Тогда [math] \forall E \subset X: \mu^*(E) = \mu^*(E \cap A) + \mu^*(E \cap \overline{A}) = [/math]
    [math] = \mu^*(E \cap A \cap B) + \mu^*(E \cap A \cap \overline B) + \mu^*(E \cap \overline{A}) = [/math]
    [math] = \mu^*(E \cap A \cap B) + \mu^*(E \cap \overline{A \cap B} \cap A) + \mu^*(E \cap \overline{A \cap B} \cap \overline{A}) = [/math]
    [math] = \mu^*(E \cap A \cap B) + \mu^*(E \cap \overline{A \cap B}) [/math].
    Значит, [math] A \cap B [/math] тоже хорошо разбивает любое подмножество [math] X [/math] и принадлежит [math] \mathcal A [/math]. Мы доказали, что [math] \mathcal A [/math] - алгебра.

Пусть [math] A \in \mathcal{A}, A = A_1 \cup A_2 [/math] и [math]A_1 \cap A_2 = \varnothing[/math], проверим, что [math] \mu^* [/math] конечно-аддитивна.

[math] \mu^*(A) = \mu^*(A_1 \cup A_2) = \mu^*((A_1 \cup A_2) \cap A_1) + \mu^*((A_1 \cup A_2) \cap \overline{A_1}) = \mu^*(A_1) + \mu^*(A_2) [/math].

Мы сделали проверку для двух множеств, дальше можно доказать требуемое для любого конечного числа множеств по индукции.

2.

Из первого пункта мы уже знаем, что, [math] \forall p \in \mathbb N: [/math], если [math] A_1, A_2, ..., A_p \in \mathcal{A} [/math] дизъюнктны, то [math] \mu^*(E \cap \bigcup\limits_{j = 1}^{p} A_j) = \sum\limits_{j = 1}^{p} \mu^*(E \cap A_j) [/math].

Пусть [math] B_p = \bigcup\limits_{j=1}^{p} A_j, B_p \in \mathcal A [/math]. Полагая [math] B = \lim\limits_{p \rightarrow \infty} B_p [/math], для доказательства того, что [math] \mathcal{A} [/math] является [math] \sigma [/math]-алгеброй, нам нужно установить неравенство: [math]\forall E \subset X: \mu^*(E) \ge \mu^*(E \cap B) + \mu^*(E \cap \overline{B}) [/math].

[math] B_p \in \mathcal A [/math], поэтому [math] \mu^*(E) = \mu^*(E \cap B_p) + \mu^*(E \cap \overline{B_p}) = \mu^*(E \cap \overline{B_p}) + \sum\limits_{j=1}^{p} \mu^*(E \cap A_j) [/math].

[math] \overline{B} \subset \overline{B_p} \Rightarrow \mu^*(E) \ge \mu^*(E \cap \overline{B}) + \sum\limits_{j=1}^{p} \mu^*(E \cap A_j) [/math].

При [math] p \rightarrow \infty [/math], получаем [math] \mu^*(E) \ge \mu^*(E \cap \overline{B}) + \sum\limits_{j=1}^{\infty} \mu^*(E \cap A_j) [/math].

Но [math] E \cap B \subset \bigcup\limits_{j=1}^{\infty}(E \cap A_j) [/math], поэтому [math] \sum\limits_{j=1}^{\infty}\mu^*(E \cap A_j) \ge \mu^*(E \cap B) [/math], и [math] \mu^*(E) \ge \mu^*(E \cap \overline{B}) + \mu^*(E \cap B) [/math]. Требуемое неравенство доказано, [math] B \in \mathcal A [/math].

Подставим в [math] \mu^*(E) \ge \mu^*(E \cap \overline{B}) + \sum\limits_{j=1}^{p} \mu^*(E \cap A_j)\ \ B[/math] вместо [math] E [/math], получим [math] \mu^*(B) \ge \sum\limits_{j=1}^{\infty} \mu^*(A_j) [/math]. Но по [math] \sigma [/math]-аддитивности внешней меры, [math] \mu^*(B) \le \sum\limits_{j=1}^{\infty} \mu^*(A_j) [/math], поэтому [math] \mu^*(\bigcup\limits_{j=1}^{\infty} A_j) = \sum\limits_{j=1}^{\infty} \mu^*(A_j) [/math], и [math] \mu^* [/math] - [math] \sigma [/math]-аддитивная мера на [math] \mathcal A [/math].

Дальше еще две строчки, но, вроде бы, они не нужны.
[math]\triangleleft[/math]

<< >>