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
【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E
a ]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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