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可测函数与连续函数

2019-01-14 14页 doc 269KB 100阅读

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可测函数与连续函数可测函数与连续函数 【摘要】本文从是什么,为什么,怎么样三个角度出发,首先介绍了一些相关的基本概念,之后叙述了将可测函数与连续函数联系起来的必要性和实际方法。 【关键词】可测函数  连续函数  几乎处处  逼近 1. 是什么——什么是可测函数 第三章主要围绕可测函数展开,那么本文首先对可测函数进行一个简单的概述,同时对之后证明是需要用到的一些定义和引理进行描述。 1.1基本定义 可测函数:设f ( x)是定义在可测集Ea ]都是可测集,则称f ( x)为定义在E上的可测函数 连续函数: 设f ( x)是定义在集U ( x) ...
可测函数与连续函数
可测函数与连续函数 【摘要】本文从是什么,为什么,怎么样三个角度出发,首先介绍了一些相关的基本概念,之后叙述了将可测函数与连续函数联系起来的必要性和实际。 【关键词】可测函数  连续函数  几乎处处  逼近 1. 是什么——什么是可测函数 第三章主要围绕可测函数展开,那么本文首先对可测函数进行一个简单的概述,同时对之后证明是需要用到的一些定义和引理进行描述。 1.1基本定义 可测函数:设f ( x)是定义在可测集Ea ]都是可测集,则称f ( x)为定义在E上的可测函数 连续函数: 设f ( x)是定义在集U ( x) ∩Ea ] E上的有限函数,如果对Pε> 0, v 5 > 0,使得P x∈∪( x0 ; 5) ,有| f ( x) - f ( x0 ) | <ε,那么称函数f ( x)在点x0 处连续. 如果f ( x)在E中每一点都连续,则称f ( x)在E上连续. 几乎处处:给定一个可测集E,假如存在E的一个子集 , ,且使得性质P在 上处处成立,则称性质P在E上几乎处处成立。 几乎处处有限的可测函数:设 , 是定义于 的函数, ,假如 则称 沿 在 连续;假如 沿 内任意一点都连续,则称 沿 连续。 1.2基本定理 定理3.3.1 设 是一个紧集, 是一列沿 连续的函数。若 在 上一致收敛于 ,则 也沿 连续。 定理3.3.2(Egoroff) 设 和 都是测度有限的集 上的几乎处处有限的可测函数。若 在 上几乎处处收敛于 ,则对任何 并且 在 上一致收敛于 。 引理3.3.1设 是 中的闭集,函数 沿 连续,则 可以开拓成 上的连续函数 ,并且 = 。 引理3.3.2设 是可测集 上的简单函数。则对任何 有沿 连续的函数 使 。 2. 为什么——为什么把可测函数与连续函数联系起来 数学分析中,我们关注的是函数的分析性质:连续性,可微性,可积性。但是一旦我们发现一个函数不连续,就认为这个函数性质不好,不再关心他。这是不对的。 事实上,我们可以进一步分析,它的光滑程度如何?不连续点多吗?如果可以,我们可以对函数做一个小范围的修正,转化为我们熟悉的连续函数再进行接下来的研究。 第三章学习的重点是简单函数,连续函数,可测函数之间的相互逼近,我们知道,任何一个可测函数正恰是一列简单函数逐点收敛的极限,也是一列连续函数几乎处处收敛的极限。通过这样的逼近推广,就可以将基于可测函数的问题一般化常规化。 因此,本文的重点在如何将可测函数与连续函数完美的联系起来,为以后通过连续函数来分析可测函数做一个铺垫。 3. 怎么样——详细论证联系的过程 3.1连续函数的可测性 定理1 可测集上的连续函数都是可测函数。 证明: 对任意 ,设 ,则由连续性假设,存在x的某邻域 ,使 。因此,令 ,则: 反之,显然有 ,因此: 从而: 但G是开集(因为它是一族开集这并),而E为可测集,故其交 仍为可测集,即 为可测集,由定义知:f(x)是可测函数。 但可测函数不一定连续例  例: 可测函数Dirichlit函数在 上处处间断 3.2用连续函数逼近可测函数,可测函数的连续性 引理1:设F是R中的闭集,函数f没F连续,则f可以开拓成R的连续函数 ,并且: 证明:此时 是开集,其中开区间族 两两不相交。今定义 则显然 是R上的连续函数,它是f的开拓。引理得证。 引理2:设 是可测集 上的简单函数。则对任何 ,有没 的连续的函数 使 证明:不妨设 ,其中 都是实数且两两不同。令 ,则 两两不相交且 .现对每一 ,令 是 的闭子集且 此时易知 沿闭集 连续。由引理1, 作为 上的函数可以开拓成沿 连续的函数 ,此时 引理证毕。 定理1(Lusin)设 为可测集 上几乎处处有限的可测函数,则对任意的 ,有沿 连续的函数 使 ,并且 。(去掉一个小测度集,在留下的集合上连续) 证明:不失一般性设 在 上处处有限。 先设 是有限可测集。由定理2.3,有 上的简单函数列 ,使 。现对每一 ,由引理2.2,存在沿 连续的函数 ,使 , 令 , 则 并且在 上 。 由于 有界,所以存在 的有界闭子集 ,使得 在 上一致收敛于 并且 。再由定理2.2, 沿 连续.这样由引理2.1, 作为 上的函数可以开拓成沿 连续的函数 。此时 。这样我们在 有界的条件下证明了定理。 对一般的 ,此时对每一整数 ,令 则 都是有界的。从而由上段证明,对每一 ,存在 的闭子集 ,使 沿 连续,并且 此时 是闭集,并且 沿 连续。由引理2.1, 作为 上的函数可以开拓成 上的连续的函数 ,并且 。 定理证毕。 推论 若 是 上几乎处处有限的可测函数,则对任何 ,有 上连续函数 ,使 ,并且 。 定理2 设 为可测集, 为 上的实函数,如果对任何 ,存在闭集 ,使 在 上连续,且 ,则 为 上可测。 定理3  设 为 上的可测集, 是 上几乎处处有限的可测函数,则对任何 ,存在闭集 ,及 上的连续函数 ,使 (1)  在 。 (2)  。 如果在E上 ,还可要求 . 证明:由定理1,有闭集 ,使 ,而 是 上的连续函数,因此问题在于扩张 上的 ,使其在整个空间上连续。 是有界闭集,因此是从一闭区间 中去掉有限个或可数多个互不相交的开区间而成,设这些开区间是 ,现在我们定义一个函数 ,使 此外,当 时,令 的图形是联 的直线,当 及 时,分别联 , 及 , 的直线,于是 是整个直线上的连续函数,且满足定理的各项要求。 【参考文献】 周性伟.实变函数.北京:科学出版社,2010 戴培良.可测函数与连续函数的关系.常熟理工学院学报,2008年2月第22卷第2期
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