Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Заманский, М. Введение в современную алгебру и анализ

.pdf
Скачиваний:
42
Добавлен:
22.10.2023
Размер:
17.66 Mб
Скачать

430

ГЛ. X. ИНТЕГРИРОВАНИЕ

найдется

покрытие множества е интервалами /&, сумма ѵ-мер

в которых удовлетворяет условиям

S v ( 4 K M H | x ( 4 K e . M .

2. Теорема Лебега — Никодима. Пусть р и ѵ — положитель­ ные ограниченные меры, определенные на одном и том же пространстве Рисса числовых функций-, и пусть ^ ( р ) , і?(ѵ) — соответствующие пространства 3?. Если мера ѵ абсолютно не­ прерывна относительно меры р, то существует, и притом един­

ственная,

такая функция

что

для

любой функции

/е=2?(ѵ)

//o s ^ ( p )

и

 

ѵ(/) = р Ш .

 

 

 

Пусть

А — пространство переменного

и

пусть со =

р + ѵ.

В силу ограниченности мер имеем S '1(а) zd S '2(со).

мно­

Пусть

/ е і ? 2(со)

и

фА — характеристическая функция

жества А.

Функция

/ =

/фд принадлежит ^'(со). Если, с дру­

гой стороны, функция f

принадлежит S ’1(а), т. е. интегрируема

относительно меры

р +

ѵ,

то она такова

и относительно

р и ѵ

в отдельности, ибо / определяется при помощи последователь­ ности (хп) числовых функций, являющейся последовательно­ стью Коши относительно полунормы пространства S ’1(со), т. е.

 

 

^ ( I

 

I )

Р ( I %пг

 

I ) “Ь ^ ( I %tn

%п I)

 

стремится к нулю, а так

как р и ѵ — положительные меры, то

отсюда

следует,

что ц ( \ х т х п \)

и

ѵ ( \ х т — хп\) тоже

стре­

мятся

к нулю.

Следовательно,

можно

рассматривать v(f), где

f e ü ? 2(со), и записывать

в силу

неравенства

Гёльдера, что

| ѵ ( / ) | < ѵ ( | / | ) = с о ( | / | ) - р ( Ш ) < с о ( | / | ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

® ( I

/ I • фл Х

II /11^ (со) II фл 11^ (Ш).

 

Это неравенство показывает, что ѵ есть непрерывная ли­

нейная

форма на 3?2{со). Стало

быть, существует (раздел 5,

§

3) такая функция g e j ? 2(co), .что

для любой

функции f <=

е

i? 2(co) имеем

 

 

у (/) — ® (!§)■

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция g положительна (кроме как, быть может, на мно­

жестве со-нулевой меры);

в самом деле, поскольку ѵ(/) =

®(fe)

для любого f е i? 2(co) (и в частности, если взять / = фА),

то по­

лучаем ѵ(фл) =

co(g) ^ 0 ;

если В =

{t: g(i) <

0}, то 0<ѵ(фВ) —

=

co(grpB) sg 0,

а следовательно, ѵ(фв) = со(§фВ) = 0; так как

£Фл <

0 и co(g4pB) =

0, то g-фв == 0 почти всюду относительно со

(см. раздел 3, §

1),

и g > 0 .

 

 

 

 

 

 

,П . В .

Пусть теперь * e i ? 2(co); так как

'

V (х) = со (xg) р (xg) + V (xg),

то ß (xg) = v ( x ( l — g)).

6. РАЗЛОЖЕНИЕ МЕРЫ

431

g ^

Заменяя функцию g

на (1 — cpB)g, мы

можем считать, что

0 для всех t <= А.

В самом деле,

пусть X — подмноже­

 

Покажем, что g < l .

ство А, на котором

П . В .

 

X

ѵ-измеримо и р-из-

g ( 0 > l ; множество

меримо (раздел 4,

§ 1,

п. 2: так как мера ограничена и

g e

i 2(со), то g ^ L 1(со);

поэтому g ^ L l(n)

и g е L1(ѵ)). Кроме

того, (рх <= Ѵ°(а>), поэтому ф^ е і 2(и)> откуда следует равенство

ц (Фх£) = ѵ (Фх О — £))•

Но (pxg ^ 0, поэтому р(фxg)^0> а Фа: О — £) ^ О, поэтому ѵ(ф*(1 — g ) X 0 ; отсюда следует, что р(флг£) =ѵ(фх(1 — g )) = = 0. Но, как нам известно, из равенства р (фа£ ) = 0 для неотри­

цательной

функции

фxg

 

следует,

что

множество

X ==

= {t\ ф ^ ( 0 я ( 0 > ° }

имеет

р-меру нуль; так

как ѵ абсолютно

непрерывна

относительно

р,

то

X имеет также ѵ-меру нуль,

т. е. и «»-меру нуль. Заменяя g

на (1— Фx)g, мы можем

счи­

тать, что g ■< 1 для всех t е

А.

любой

функции x ^ L 2(a) и

Так как g<=L°°(со), то

для

любого натурального k имеем xghе= L2(tt>); поатому xgh интег­

рируема относительно со, р, ѵ.

Подставим xg вместо х в ра­

венство v ( x ) = n(xg) + v(xg); тогда

V (xg) = со (xg2) =

р (xg2) + V(xg2),

откуда последовательно выводим

 

Относительно меры ѵ имеем g

1, и следовательно, если

 

п. в.

X ^ 0, то xgn убывает и стремится почти всюду к нулю, а стало быть, v(xgn) стремится к нулю.

Итак, для любого х е і ? 2(ѵ) и для х ^ 0 можно записать

Последовательность функций

возрастает,

432 ГЛ. X. ИНТЕГРИРОВАНИЕ

ограничена, и значит, по теореме Беппо Леви, предельная

функция

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

(ц)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(принадлежит 3?1(ц))

при любом х ^ 0 и

 

 

Положим

 

 

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f o = 2 g ‘

 

 

 

 

и возьмем X = фа. Тогда

1

 

 

 

 

 

 

(ц).

 

 

 

 

Итак,

теорема

 

Фл/о = /о е

 

 

 

р(//0)

в качестве /

 

доказана, если взять в формуле ѵ(/) =

положительную

функцию

х,

принадлежащую

і? 2(ѵ).

Для

неположительной

функции

х,

принадлежащей

і? 2(ѵ), достаточно представить х в виде х = х+—лг.

 

Остается показать, что теорема верна для произвольной

функции

 

 

 

 

 

которое

бралось

как

исход­

Пусть Е — множество функций,

ное для

построения различных

пространств 2 ’ѵ{\і)

или

і?т(ѵ)

(в двух основных случаях Е является пространством ступенча­ тых функций или непрерывных функций с компактным носи­ телем). Обозначим буквой х (с индексом или без него) эле­ мент из Е. И пусть функция / e L ‘(v) определена посредством последовательности Коши хп. Так как теорема верна для лю­ бого элемента из Е и так как

V {\хп хт I) =

р (] xnfo xmf01),

 

то последовательность (x„f0)

есть последовательность

Коши

в і?1(ц). Значит, существует

последовательность xnJ 0,

сходя-

дящаяся ц-почти всюду; но так как ѵ абсолютно непрерывна относительно ц, то последовательность xnJ 0 сходится ѵ-почти

всюду, и то же самое имеет место для последовательности хПк. Последовательность хПк, а стало быть, и последовательность Коши хп, определяет элемент f е ЗЕХ(ѵ) (к которому хПк схо­ дится ѵ-почти всюду). Следовательно, имеем

lim Хпк = f (ѵ-п. в.), Ymxnjo — ffo(^'П- в.),

а так как ѵ (х) = р (xf0) нри х <= Е, то

v(xnk) = v(x„Jo),

и значит’, в пределе

ѵ(/)==р(//о).

 

 

 

 

6. РАЗЛОЖЕНИЕ МЕРЫ

 

 

433

Докажем

единственность

fo-

Пусть

f'0— другая функция

из L'(p)

такая,

что v(f) = n(ffl

Для

 

всех

/ е

(ѵ). Тогда

ц (/(fo / о ) ) =

0

для

всех f <= Ü (ѵ), где

f0 fo

с

Z.1(р). В част­

ности, р ( f (fo — f'o)) =

0 для всех / е= Е,

откуда

помощью не­

сложного

рассуждения следует, что /0

 

f'0

О-

§ 2 . Р а з л о ж е н и е м е р ы

 

 

 

 

 

 

Теперь

можно,

пользуясь

теоремой

Лебега — Никодима,

дать ответ на вопрос о проблеме соотношения между двумя

мерами р и ѵ.

Мы будем рассуждать в предположении, что р

и V — положительные

ограниченные

меры, определенные отно­

сительно одного и того же клана 1

подмножеств одного и того

же множества А.

меру со = р

ѵ. Если некоторое под­

Рассмотрим

снова

множество из

А имеет ©-нулевую

меру, то оно имеет также

р- и ѵ-нулевую меру. Значит, р и ѵ абсолютно непрерывны от­

носительно со =

р + V.

 

 

<£?(©),

то feizf(p)

и / e S ’fv).

С другой стороны, если f =

Согласно

теореме

Лебега — Никодима существует

такая функ­

ция

g e

S

’ ( c o ) ,

что для любой

функции

f e S

’ ( v )

 

имеем

 

 

 

 

 

 

V if) = со (gf) =

р (gf) + V(gf).

 

 

 

 

 

Для множества X, ©-измеримого, а значит, р- и ѵ-измери-

мого, имеем

V (X) =

V (фх) =

р (gcpx) +

V(йф*)-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Покажем, что 0 ^

g <

1 (ѵ-почти

всюду).

Возьмем

в каче­

стве X подмножество из А, на котором

g(t)7> 1.

Тогда

gcp^ >

> cpjf, и мы имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ѵ(Х) — ц (gcpx) + v (g<Px) ^ V (Фх) + v (Фх) =

ß (X) + V(X):

 

значит,

р(Я) =

0, и следовательно, p(grpx) = 0.

 

 

 

 

 

 

Далее,

равенства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дают

 

 

 

V(X) = V(gq>x) — ѵ (Фх)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v((g — 1)фх) =

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функция

(g — 1)qjjsr обращается

в нуль

вне

X,

положительна

на

X,

значит,

положительна на

Л,

и

стало

быть, равенство

v ( ( g -L 1)фА-) =

0

влечет

( g — 1)фх =

0

(ѵ-почти

 

всюду).

Так

как

на

X, по

условию,

имеем

g(t)— 1 > 0

и

ф ^ (/)^ 0 ,

то

= 0 (ѵ-почти

всюду).

Следовательно, ѵ-почти

 

всюду

имеем

g ^ l .

С

другой

стороны, доказательство теоремы Лебега —

Никодима

(см.

свойства функции g и определение функции

f o )

показывает,

что ѵ-почти всюду имеем 0 < g.

 

 

 

 

•/214 И. Заманский

434

ГЛ

X. ИНТЕГРИРОВАНИЕ

 

 

 

Таким

образом,

 

(ѵ-почти всюду).

 

Изменим надлежащим образом значения функции g на

множестве ѵ-нулевой меры так, чтобы 0 ^

g ^

1 .

 

Пусть теперь

 

 

 

 

 

 

Л0 — множество

тех І е Д

где

0 <

g (t) <

1;

A i — множество

тех t е

А,

где

 

g(^) =

i.

Имеем

A = A0UAh

Ао(]Аі =

0 ,

 

 

 

 

 

т. е. Aq и А і составляют разбиение множества А. Кроме того, р,(Лі) = 0. В самом деле,

ѵ(л 0 = й (етЛі) + ѵ(етДі);

но

 

 

 

 

sva' ^ va,;

 

 

 

 

 

следовательно, ѵ(ЛЛ =

р,(Лі) +

ѵ(Лі), и

р(Л,) =

0.

Из

этого

для любого подмножества X следует

 

 

 

 

 

 

 

 

 

н и п л , )

=

о.

 

 

 

 

 

Рассмотрим теперь две меры, ѵо и ѵь определяемые

как

 

 

ѵ0 (X) = V(X П Ло),

 

V! (X) =

V (X П Аі).

 

 

Имеем прежде всего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V, (Л0) =

V(Л0 П Аі) == V(0 ) = 0,

ѵ0(Л|) = 0.

 

 

Если X есть ѵ-измеримое подмножество, то

 

 

 

 

ѵо(ХПЛІ) =

ѵ(ХПЛоПЛ1) =

ѵ( ХП0) = ѵ(0) =

О>

 

 

ѵ1(ХПЛо) =

ѵ(ХПЛоПЛ1) =

ѵ( ХП0)==ѵ(0) =

О,

 

ѵ(Х) = ѵ((^ЛЛ0) и( ХПЛ1)) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— ѵ {X Л Л0) +

V(X Л Аі) =

ѵ0 (X) +

V, (X).

и

Итак,

найдено

такое разбиение

Л =

Л01)Л1 множества А

такое

разложение

меры ѵ

на

ѵ — ѵо + ѵц

что

ѵо(Л[) —

=

Ѵі(Л0) = 0 и что мера р(Л])

равна нулю.

 

 

 

 

Наконец, покажем, что мера ѵо абсолютно непрерывна от­

носительно (X. Пусть подмножество X из Л таково, что р(Х) =

=

0; покажем, что ѵо(Х) = 0.

В самом деле, имеем

 

 

 

ѵ0 (X) =

V(X Л Л0) =

ц (бч>*пЛо) + ѵ ( ^ x п л,);

 

 

так как p.(A') = 0, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М(*ЛА,) = °

и

м(£Ф*пЛо) = 0;

 

 

 

е. РАЗЛОЖЕНИЕ МЕРЫ

435

следовательно,

ѵ (* Л Л ) =

ѵ(£ЧРхпл.)’

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ѵ((1 - g

)

<

P

*

n J

=

° -

 

 

 

 

 

Но на Ао,

а значит, и

на

X Л Ао

имеем 1— g > 0;

следова­

тельно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ѵ(Фхпл») =

ѵ(;':Пі4о)==0>

 

 

 

 

 

т.

е. ѵ0( Х) = 0.

задано разложение

меры

ѵ такое,

что ѵ =

=

Обратно, если

v0-fv,,

ѵ0 (Л,) =

V, (Л0) =

0

 

и

р(Л,) = 0,

то

из

формулы

ѵ(/) = p(g/) + v(gf), примененной для f =

qpß ,

Е с А,, получаем,

что ѵ (Фг) =

р (£Фя) + ѵ(^ф£) =

ѵ(^ф£), откуда следует,

что g = l

почти всюду на А,. Если,

напротив, g — 1

на множестве F c

Л0,

то V(фР) =

[X(<fP) +

V(фД

т. е. ц(ф/0 =

О,

и так как Fez А0,

то

 

(F) = 0,

а ввиду абсолютной непрерывности ѵ0

по

 

имеем

ѵ0 (F) — 0; поэтому v(F) =

0

и поэтому Ах (с точностью до мно­

V,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

 

 

жества меры нуль)

есть

множество,

на

котором

g принимает

значение 1; поэтому единственность g влечет единственность разложения меры ѵ.

Таким образом, получаем следующий результат.

Т е о р е м а . Пусть р и ѵ — положительные ограниченные меры, определенные на одном и том же множестве А относи­ тельно одного и того же клана. Можно единственным образом выбрать такие две положительные меры ѵо и ѵі и такое раз­

биение А = Ао U А х множества А

(где Л0, А х определены с точ­

ностью до множества меры нуль),

что

1)

ѵ = ѵ0 +

V,;

 

 

2)

ѵІ(Л0) =

ѵ0(ЛІ)==0 и

р(Л,) = 0;

3)

для любого ѵ-измеримого подмножества X

 

 

Л А , ) =

V , ( Х П Л 0) = 0 ;

4) ѵо абсолютно непрерывна относительно р.

Этот результат может быть сформулирован следующим об­ разом: пусть р и V— заданные меры на Л; ѵ есть сумма двух мер ѵо и ѵь мера ѵо абсолютно непрерывна относительно р;

подмножество А\ из

А, на котором сосредоточена мера ѵі,

имеет p-нулевую меру,

хотя вообще ѵх(Ах) ^ 0.

Можно еще сказать, что если в качестве исходной выбрана каким-либо образом мера р, то другая мера ѵ не будет, во­ обще говоря, абсолютно непрерывна относительно р, т. е. мно­ жество p-нулевой меры будет вообще говоря, иметь строго

7214*

436

ГЛ X. ИНТЕГРИРОВАНИЕ

положительную меру ѵ; но мера ѵ будет представлять собой сумму двух мер ѵо + ѵь множество p-нулевой меры будет иметь ѵо-нулевую меру, а подмножество, на котором сосредо­ точена мера ѵь будет иметь р-нулевуго меру (но не нулевую ѵ-меру).

§

3. Непрерывные линейные формы на

пространствах £ £ р

В этом параграфе приводится выражение любой непрерыв­

ной

линейной форіѵы на пространстве

S v ( І ^ р с + о о ) .

Предположим, что все пространства S p построены исходя из

одного и того же

пространства

Рисса Е

числовых функций

(удовлетворяющего,

в частности,

условию

х <= Е ==>\х \р ^ Е) и

положительной меры р, которая предполагается ограниченной,

что влечет S p го S'*

при р ^ q.

 

 

если r e S ’f', y ^ S P и

Для

всех этих пространств S p имеем:

0 ^

у sg: X, то \\у\\р ^

\\х\\р.

(Это верно также

и для S ’00.)

 

 

 

Пусть F — непрерывная

линейная форма

на

S°°; имеем

 

 

 

 

 

 

I т (х )!< ||Т ||||х ||р

 

 

 

 

 

 

 

для любых x ^

S p, причем

||Т|| есть норма формы

F. Согласно

теореме из §

5,

раздел 1,

форма

F является разностью

 

двух

непрерывных положительных линейных форм G и Я; пусть,

стало быть, F =

G Н (где

G(x)—

sup

F (у)).

 

 

 

 

 

Пусть х„ — последовательность

 

0<!/< X

 

 

p,

убывающая

функций из S

и сходящаяся к нулю; то же самое имеет место и для

|

х

(чтор

значит,

\\хп\\р

убывает и стремится к нулю

при

п-*оо

 

Г1| ;

не выполняется,

если р — -foo). Так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G (x„)<|G (xn)|< ||G |||| х„ ||р,

 

 

 

 

 

то G(xn) стремится к нулю.

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

хп I 0 =# G (хп) I 0

(аксиома 3).

 

 

 

 

 

Таким

образом,

G есть положительная

мера

на

S p,

равно

как

и

Н. Если х — функция, равная

нулю почти

всюду относи­

тельно

меры р,

то

||хЦр = О, а значит, F ( x ) ~ 0,

и стало

 

быть,

G(х) = 0, ибо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1G(x) | < G ( | X |) =

supF(*/),

где 0 < г / < | х | ,

II у ІКІІ х|| = 0.

Имеем

также И (х) = 0. Следовательно, положительные

 

меры

G и Н абсолютно непрерывны относительно р. Кроме того, они

ограничены, так как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| G( x ) | <

 

sup

Т (г/)<||Е ||||х||р< ||Е ||аі(Л ))'//'||х||м,

 

 

 

 

 

 

6 РАЗЛОЖЕНИЕ MEPbt

 

 

 

 

43?

и если

x = q>A, то

G{vA) <t\\FU\i{A))4P.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

теореме

Лебега — Никодима

найдется

такая

функция

/o E ^ (|j.), что

F(x) = n(xfo)

для любой

функции

*,

интегри­

руемой одновременно относительно G и Н. Функция

fo опре­

деляется единственным образом (с точностью

до

множества

меры нуль).

 

 

 

 

 

Коши

в

Е, наде­

Наконец, если (хп) — последовательность

ленном нормой пространства 3?р, то поскольку G есть непре­

рывная линейная форма на

то

 

 

 

 

 

 

 

 

G(1 хпxm I) ^

II G II •

II хп

хт||р;

 

 

 

значит,

G(]x„ хт| )

стремится к нулю; если

при этом хп схо­

дится

p-почти

всюду

к функции f 6= 3?р,

то

в

силу

того, что

любое множество p-нулевой меры является множеством (/-ну­ левой меры (абсолютная непрерывность), хп сходится G-почти всюду к функции /, которая, стало быть, интегрируема отно­ сительно меры G. Таким образом, равенство F(х) — р(х/0), справедливое для любой функции х, интегрируемой одновре­ менно относительно G и Н, тем более справедливо для любой

функции Xез £?р.

теперь,

что р > 1,

и рассмотрим

такие

функ­

Предположим

ции

что Ose; х

/0(.

если f o(t )^0,

и —1,

если

Пусть фо — функция,

равная

1,

Ш < 0 .

Имеем

р (*<?) = р (х*-1- * )< р (х?_11/о I) = Д (^"'Фо ' fo) =

= F(x*-' •ФоХИ/НІіи*-1Up.

Но равенство (1/р) + (1/<7) == 1 Дает p( q — \) = q. Отсюда р ( ^ х і і л і ( р (х<)ур

( р ( х ^ = |и ^ < ||К ||.

Наконец,

пусть

(х„)^~ последовательность

функций,

опре­

деленных как

 

 

fo (t),

 

 

] fo(t) I <

n,

 

 

 

 

Хп (0 =

если

 

 

 

 

xn (t) =

«Фо,

если

I fQ(t) I >

n.

 

 

Последовательность xn сходится p-почти всюду к f0 (х+

воз­

растает к fo,

Хп убывает к / Д

функция х п

ограничена, и зна­

чит, принадлежит 3?°° и

É 4

(поскольку

мера ограничена),

и „ | < І Ы >

и значит,

 

нормы ||х„||?

ограничены;

следовательно,

по теореме

Б. Леви,

f0 е

 

 

 

 

 

 

438

 

 

ГЛ. X.

ИНТЕГРИРОВАНИЙ

 

 

 

 

 

 

Кроме того,

имеем

ІІ/оІІ? ^ IIЛІ, поскольку

для

х е S ’*1 и

0 < x < | f o| получаем

IU||4< ||F||.

Но так как, а силу

неравен­

ства Гёльдера,

 

имеем

|^(^) | = |р(^/о) | ^

Mlpllfollg.

то ИЛІ ^

< ІІ/оІІqi Истало быть,

НЛІ = ||/0||g-

ц-максимум

 

функции

При

р = 1

обозначим

через

ll/olL

 

|/0|, конечный

или бесконечный,

и предположим,

что

ll/olU ^

^Н Л І + е, где

е > 0 — действительное число. Пусть

 

X — мно­

жество

точек

t,

в которых

\fo{i)\^ \ \ F \ \ г/2

и

ер* — его

ха­

рактеристическая функция.

Имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р(ІФ*/оІ)>МХ)-(|| К|| + е/2).

 

 

 

 

 

Но р (I cpxf0\) =

F(q>x • фоХИ К|| •

ІІФхИі =

|ІЛІ •

р(Х).

 

Так

как

ц(Л') >

0, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

||F|| + e/2<[|F||,

 

 

 

 

 

 

что невозможно. Следовательно,

предположение

о

 

том,

что

ІІ/оІІоо ^

!|/г|| +

е,

было

ложно, и

стало быть, ll/olL ^

 

l|f II.

Так

как снова имеем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I/=■ (*) 1= 1P(*fo) IK lull, Ifoil«,

то всегда ИЛІ = 11/olL *)•

Теперь сформулируем теорему.

Те о р е ма . Пусть р — положительная ограниченная мера на пространстве Рисса числовых функций. Любая непрерывная

линейная форма F на 2 ”р записывается

в виде

F(x) =

p(xfQ),

где f0(^£?q((l/p)-\-(l/q)= 1

и

1 < / ? <

+оо).

Кроме

того,

норма этой линейной формы равна ||ЛІ =

ll/olU-

 

 

Все функции /о в этой теореме равны между собой р-почти

всюду.

 

Эта теорема

довольно легко распростра­

О б о б щ е н и е .

няется

на тот случай, когда

р — неограниченная

мера и когда

р >■ 1.

Упрощающее

условие

позволяет распространить

преды­

дущий

результат на

случай

неограниченной меры и 1 ^ р <

< + оо: предполагается, что множество А является счетным объединением измеримых множеств (если речь идет о мере на локально компактном пространстве, то предполагается, что это пространство счетно в бесконечности, т. е. является счетным

-объединением компактных множеств).

с о

В самом деле, если

A = \ j A n, причем мера каждого Ап

,

1

конечна и Ап возрастают, то рассмотрим пространства і? р (Лп).

*) Как видно из этого рассуждения, здесь в качестве і? “ рассматрк вается пространство { л е й ’1: ||лсЦсо < +°°). См. сноску на стр. 426.

6. РАЗЛОЖЕНИЕ МЕРЫ

439

Линейная форма F непрерывна на каждом из них, и если означает функцию, принадлежащую ЗБ4 и такую, что для лю­

бого

класса

имеем F(x)

\.i(xfn), то ||/nllq ^

11Е||. Един­

ственность

функций /„

в Е«(ЛП) влечет,

что на Ап

fnjpI. fn+i't а

так как | / « | < | / я+і|. то /„

сходится

к

функции

f ozaS’HA).

 

Предыдущая

теорема

выражается

также в

С л е д с т в и е .

следующей

форме:

для

пространство,

сопряжен­

ное к Lp, может быть

отождествлено с

а так

как

(1/р) +

+ (1j q ) ~ 1, то сопряженным к Ьч будет Lp, если 1

s=: q <С + 0 0 .

Следовательно, если 1

< p < - f ° ° , то п р о с т р а н с т в о

L p

рефлек­

с и в н о *).

п о с л е д о в а т е л ь н о с т е й .

Если

П р о с т р а н с т в а

рассмотреть пространства Lp(N), элементами которых яв­ ляются последовательности х = (|„) действительных чисел и которые определяются при помощи (неограниченной) дискрет­ ной меры на N, то

 

 

 

 

 

іи и Р =

( 2 і ы

р)1/р.

 

 

 

При

1 <

р < + 0 0

любая

непрерывная линейная

форма за­

писывается

в виде

 

 

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F{x)—2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/=I

 

 

 

где

а =

(аг) е Lq (N)

(т. е.

2

I «г <

+ °°), и

 

 

 

 

 

II

F II =

11 М

= ( 2

і а г Г0,/Р.

 

 

 

При

р =

1 любая

непрерывная

линейная

форма

на Ll(N)

записывается в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с о

 

 

 

 

 

 

 

 

Е ( х )= 2 ЩІ і ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і=І

 

 

 

где

а =

(а;) <= L00(N)

(т. е.

sup| а, | < + оо),

и ||^|| = |[а|(ов =

= sup) at [.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*) Ср. замечание 2 на стр. 359. Пусть £ — нормированное векторное про­ странство, £*-—множество непрерывных линейных форм на Е. Тогда Е* яв­ ляется нормированным (и даже банаховым) пространством относительно обычных линейных операций и нормы, введенной в разделе 2, § 2, п. 2. Со­ поставляя каждому элементу х е Е функционал Fx на Е*, определенный равенством Fx(f )=f(x) для всех f е Е*, получаем отображение Е в про­ странство £** непрерывных линейных форм па £. Если это отображение есть изоморфизм нормированных пространств £ и £**, то говорят, что £ — ре­ флексивно. .

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ