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測度論

具体的に計算するアルゴリズムを持たない解析学として,発表当時(1902)は内外から批判も受けた。
測度論が可算集合列に対して柔軟に対応できることから,積分と極限の交換に威力を発揮する。
また,測度零の定義が上手くいったこともL積分論が成功したポイント。
基本図形の測り方をどう決めるか,がLebesgue積分にどう現れるかというと,

外測度を具体的に定義してしまえば,そこから積分を構成できる。というが基本思想。
いつもできるかどうかは知らん。Stieltjes積分ならできるんじゃないの。
 という書き方には注意が必要である。
実際,測度μとして数え上げ測度をとり,台集合Ωとして自然数Nをとれば,これは  を意味する。

一般の測度の構成法

 基本図形
 基本図形の測り方
ρから外測度νを構成し,さらにνを制限して測度μを構成する。

測度論

有限加法族


i.  (←ii, iii から導くことができる。)
ii. 
iii. 

完全加法族

完全加法族

i.  (←ii, iii から導くことができる。)
ii.  ←かなりしばりの強い要請
iii. 
ここで加法とは,集合の和を積として加法群(アーベル群)になることを示す。
Aを含む最小の完全加法族

3点集合上の完全加法族

1. 
2. 
3-a. 
3-b. 
3-c. 
Rem. 
完全加法族は開集合系の公理を満たす。

測度

測度
 set
 σ-algebra on X

i. 
ii.  disjoint sets に対して,
    

外測度

外測度

i. 
ii. 
iii.  集合列に対して,
     ← disjoint sets であったとしても必ずしも等号は成り立たない。

σ有限

全空間が測度有限集合による高々可算被覆をもつこと。

可分性と類似の概念。
Rにルベーグ測度を入れればσ有限だが,数え上げ測度を入れるとσ有限にならない。

可測集合

外測度νに対し,Xの部分集合Eが以下に示す条件を満たすとき,ν-可測集合であるという。
Caratheodoryの条件

外測度の劣加法性から,≦は常に成り立つことに注意。
特に外測度としてLebesgue外測度m*を用いたときは,Lebesgue可測集合という。
Lebesgue可測集合の全体をで書く。

Borel集合族

Def. Borel集合体(-集合族,-σ加法族,-クラス)
位相空間(X,O)のボレル集合族とは,Oで生成される最小のσ加法族のことをいい,
とかあるいはなどと書く。ボレル集合族の元をボレル(可測)集合という。
Xの閉集合系をF, コンパクト集合系をKとすれば,が成り立つ。
最後の包含関係は,Xがσコンパクトのとき等号になる。
Def. σコンパクト
以下を満たす可算個のコンパクト集合列{Kn}がとれるとき,Xはσコンパクトであるという。

Th. Borel集合体の存在
Xの集合族Eに対し,Eを含む最小の完全加法族は唯一存在する。

[証明]は,Eを含む完全加法族を全て集めたものをSとして,Sの共通部分∩Sをとればよい。
Xの冪集合P(X)はEを含む(最大の)完全加法族になるから,Sは少なくとも1つの元を含むことが分かる(空でない)。
従って∩Sは意味を為す。
Def. RdのBorel集合体
通常,以下のいずれかの集合族から生成されるものを使う。
1. 基本図形(左半開区間)の全体 E
2. 通常の開集合系 O
3. 通常の閉集合系 F
4. コンパクト集合の全体 K
4つのうちどれを使っても,得られる集合体は同じである。

Def. GδとFσ
1. 可算個の開集合の共通部分として表される集合をという。
2. 可算個の閉集合の和集合として表される集合をという。
Lebesgue可測集合Mの正体
1.  ボレル集合族に零集合を付け加えた最小のσ加法族 
2. 
2. 

Borel測度

Borel測度
位相空間XのBorel集合上定義された測度μのこと。
さらに,任意のコンパクト集合Kに対して μ(K)<∞ を要請する本もある。←猪狩本
Radon測度
(Rdの場合)任意のコンパクト集合Kに対して有限値μ(K)<∞をとるボレル測度μのこと。
厳密には以下の3つを満たすBorel集合上定義された正測度のこと。
1. (狭義の)Borel測度 
2. 外正則 
3. 内正則 
Th. Radon測度の正体
区間IのRadon測度に対し,あるI上定義された右連続単調増加関数φがあって,
φによるLebesgue-Stieltjes測度と一致する。
Lebesgue測度はRadon測度である。

Lebesgue測度


Lebesgue積分

可測関数

単関数
階段関数
正値関数

可積分関数