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

книги из ГПНТБ / Лянце В.Э. Интеграл Лебега - Стильтьеса конспект лекций

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
3.71 Mб
Скачать

полученному в предыдущем пункте. Коли, согласно предложению

2.£( проиввѳдение мер представимокак интеграл,

то

теперь

будет покавано, что u. - интеграл можно представить как

произведение меры уо-

на меру Лебега уш.

в простран­

стве

W

/ ом.нике

формулу /0.2/

/.

 

 

 

 

 

3»1 Определение. Пусть Ç *

> ІЬУ

- не­

которая неотрицательная функция, a

JD

-некоторое

подмно­

жество области определения функции

 

 

 

 

,

Поло­

жил

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Множество

навы-

 

 

 

 

 

 

 

 

ваетоя ^jajmÄpHj«cj<iiM_Te-

 

 

 

 

 

 

 

 

t p j ,

отвечаквдш функции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и множеству

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис» Ъ

иллюстрирует

 

 

 

 

 

 

 

проотвймй случай,

когда

 

 

 

 

 

 

 

цилиндрическое тело еоть

 

 

 

 

 

 

 

"крйіохияеяяая трапеция".

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В,2. Предложение. Пусть

 

 

- uegajjeöera-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стижьтьеса в

 

 

 

 

 

 

- лщоторая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с Ительно прожвведения

dt

 

 

 

 

^Hajtegy

* yj .

-SIEH

 

/л.

Левбга yu,1"

в (ft'

 

jL,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/ 3 . 2/

/ Hutpioiep, если -Ç

t Ift' -> Ift'

 

,

a

 

 

npöiie-

110

нутокв R' и

/ U = W L U )

, то

/* . ^0>» О,

так, что интеграл

Sjyi-^Л

1

"

есть площадь криволинейной '

традиции X>*f

/.

 

 

 

 

Доказательство. Заметим, что

для сечений

цилиндрического тела D ' Ç

выполняется соотношение

Следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сек)

^

 

x e D

 

 

 

 

 

ѵ

 

 

4 .

I О

'Ѵ ТАЛ

X е iß N_D •

 

 

 

 

 

Предположим сначала,

что

£

 

-

простая

д - интегриру­

емая функция,

принимающая постоянное значение і|-ѵ

 

 

на

^

- измеримом мнояеетве

, ^ = 1.!,---»•

'

t причем,

 

 

J ) = U N Î > V

 

 

и множества

Л^ѵ

попарно непереоена-

ются. Тогда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где A ^ i ^ ^ l Ü ^ - D « ^ * ^ , } , ^ ^ ! , . . .

. так

 

как каждое множество 1>ѵ

X

Д ѵ

 

является ylx X ^

1

' '

" Я8Мв~

рймыМ, то тоже верно для их очетного объединения

 

 

 

,

Если

Jx

-

интегрируемая На

3

функция

-f

не

является простой,

то, согласно предложений а«а, § а,

 

существует

последовательность ^іЛч^і

 

 

простых

уц. - интегри­

руемых функций

| ѵ

.которая неубывая / равномерно / схо­

дится на "У>

k

 

 

Мы имеем

î)'f

 

 

 

 

а» следовательно,

мнонество Д) * -f

 

 

 

» как счетное

 

 

 

 

-

' I I I

'

-

 

 

 

 

 

 

объединение

}-L Х

- измеримых множеств, является

^х_к.^».иі

- измеримым, применяя к этом.у множеству формулу

/2,2/ и принимая во внимание /3.У/ и /3.4/, получаем

что .H требовалось доказать,

4.. Теорома фубИнц.Этот пункт содержит основной резуль

настоящего параграфа - теорему Фуоини. Согласно теореме муо интеграл по произведению yu.( х jj.^ мер х и JU^

можно вычислить последовательный интегрированием, сначала по

 

 

и затем по

Jj.^

 

, а также, - сначала noyj . ^

и затем по

уии,

. Начнем о

определения, которое описывает

функции одной переменной, получаемые из функции двух

пере

заменой одной из переменных на постоянную.

 

 

 

 

4.1. Определение, Пуоть дана произвольная функ-

ция

f

f f f t o - ^ ü V

,

гдеR e = f t , X Üx

 

,

 

W,^

Й '

t R ^ ^ l ï ^

1

. Произвольный элемент

Ій0

 

допускает естественное представление.вида

ï —

Сх ,^.1

і

где

x f e l f t ,

1

^ € І Й Х

 

.В связи

с этим,

значение*

t»>

 

функции

 

 

в точке

г

мы обозначаем

также черев | іч, ^

 

:

-f С а ) =

Ç W, ^ )

- , и, ѣ

аовиовмоотя от обстоятельств,

трактуем {

 

как функцию

одной переменной,

пробегающей

Й0

 

, или, как функцию

двух переменных,

из которых «первая" пробегает IR,

, а

и

н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Х0 6 T\f>,]D(-Ç)

 

іторая -

 

ftj.

 

. Для произвольного

 

черев -С*,'

 

обозначим функцию / одной переменной,

пробе

гающей

 

/, определяемую соотношениями

 

 

 

 

K U * ü w ) < . ,

 

( < . ( ^ т Ч х в

> £ )

 

 

при r

M

j

J сМіОяределевяе 2.1/. Аналогично,

для произвольного ^ 0

é

112

v^0 è лгр^1> (.(-Л

t черед {обозначим функций

/одноіі переменно!;, пробегающей

ft,

/ определяемую сооіношв-

ниями: М Р ' Л * " Ш ) ) * , P 4 * i = U * . * > )

п р и .

х . - З ^ Ц 4 ^

пункции . f ^

и £

называются

сечениями уункцин f

, отвечающими, соответственно, зна­

чению х„

первой перииоииоИ и значения

второй

переменной.

 

 

 

 

 

 

Например,

если

тт., =:тх^з 4 ,

£ix,jj.)^aX

, *<> = 3_ ,

Сформуліруем теорему фубини.

4.2 Че о р е и а. Пусть

 

 

 

и -

U у U

 

/ 4 , 1 /

 

где

yu.,

- }>SSiJiS^SLZ^^^iSSSJ

 

Iftt ~ Ift 1

,

_â, u.t'

- «е^а^Лебега^Сдйлиьесз^ в^^-Й"1*-

,

 

Пусть

=

X

Ш г

іі^цота { : R e — > С

- про,-

 

И^ВМЫШЯ^УЗК^ШІ

 

Д . -JHIMrjHjpjjeM^H^^

 

 

жестве 13 С ІЙ^

»

JE°£5§L

 

 

 

 

А|/ Для всех X. €, oo.pi 7)

, aajigKÄ^MaHjiejMjraoae^

 

•ЕВДеыйЦи? Т)х

 

'

' ,•

 

 

 

А2/ Для всех

6 ^ра.!^

'•, а^а исклотетаем^с^іеояа

 

/*т. ~ JtSEJiJïïïï* JîSïïSM? "f ^

двляется

ул — jtS^erjpj-

 

 

>Бі/ І!Х55ШІЯ

ï з^даниая^раве^мОм

 

 

-113'

yu». - почти всюду на jmoaecrae ^р^І) тегрируепі на этой множестве.

В/ Имеют место равенства

S « ^ " S М л = S M / *•1- )

-151ьА^°Д??Л10ДР.0^ных обозначениях,

пишется ,Ц.ц_- Шг

A.г/

Доказательство. Предположим, сначала,что

^ t a l > О "Р"

-

Тогда, в силу предложения З.г

 

 

/4.4/

/ ом.оьределение 3.1/, где

J*.M - мера Лебега в .

Поскольку произведение мер ассоциативно,

то, в силу /4.1/,

• f. X ^ J L U \ = yU( X

X

/4.5/

Йовтому, применяя предложение іі.к, находны,

что за исключе

некоторого множества точек х t

(,î> • О

сечение (D'

- 114

 

 

является j x x

X ^кх.

- измеримым подмножеством простран­

ства l U ^ X W

, а функция i f , определяемая соотно­

шением

 

 

 

 

 

 

/4.6/

jx, - почти всюду на множестве <пр( CD*f )

является

ц, - интегрируемой на этом множестве и •

 

ИЛИ, в силу /4.4/ и /4.5/,

поскольку, как нетрудно видеть, ^vpt

* -f V—- огхр^З^ /см.рио.Ч

Применим теперь предложение ü.£ к правой части равенства

/4.6/ / для произвольного фиксированного X , для которого

=

это равенство выполняется /. Легко видеть, что (D'/f )tx,ij . l

= 3 > U . y = l u * R * !

 

/см.рие. в,/ -

Так как

V І>

t1*'^1 ~

« 'о»в °«ЯУ предложения

а.Е, функция j x

является

^i„_- интегрируемой на J)H * •

 

 

 

/4.8/

1

J)^

есть проекция на

инбжботва ( î ) ' 0 , " /«*•

 

рис. 4,5

/-•

 

 

 

115

 

Отсюда вытекает утверждение А^/ Подставляя /4.8/ в /4*6/, видим, что ц> = F,

и, следовательно,

 

доказано предложе­

 

ние B j / . Наконец,

 

принимая ѳце во

 

внимание Д,7/, при­

Рис.4.

 

ходим к первому из

 

равенств /4.и/. Ана­

 

логично доказываем

 

Предложения А2/ и Eg/

 

ж второе равенство /4,к/.

 

Случай функции, при-

 

нямамея произвольные ве­

 

щественные значения .сводит­

 

ся к предыдущему с помссьо

 

представления f = f+ - { " .где

 

т

£

приплывет лииь неотрицательные значения. Пос­

кольку комплексиоаначная

. '

ЦА - интегрируемая функция ( Ç

предотавжма в виде Ç &

4-

i f

где f i . и f i

вещеотвемяовначнн

h:

интегрируемы, то теорема верна

в общеЫ охучаа.

 

 

 

 

Ь, Условие, при котором из существования ПОЗОРНОГО ин­

теграла вытекает существование кратного; Ьсям мера jx, явля­

ется произведепиеы некоторых мер LLX

, LL^

Я жедатеяів»

подчеркнуть это обстоятельство, то

~ л,авт1>ах инв'

Kjiaîuuu. Например, первый член двойного равенства /4.3/ являет­ ся кратным интегралом, йтороі и третий член этого двойного ра­ венства называют обычно повторными интегралами, таким образом, основное содержание теоремы фуоипи заключается в том, что слюствованиѳ кратного интеграла влечет

H j K j n i T ^ r p a ^ B j ^ ^ Следует иметь

ввиду, что обратпое утверждение неверно, то ест» « на существо­ вания повторных интегрэлов существование кратного интеграла, вообще говоря не вытекает.

5.1. И р и мер. Мы .имеец

 

однако, обозначая 3) - Ѵ

А*" ; 0* * 4

1 , 0* ^ M }

находим

 

 

 

 

j

Другой примврг

пусть при V - 4 , I i - "

'

при £ < х < - ^ . _

«. ^ < > < р г .

 

Ш Л

при ±<*<і,

*

 

 

для остальных значений

С* ") .

Тогда

 

 

 

 

 

-I

Однако, если подынтегральная функции принимает лишь веществонные значения одного знака,' то существование хотя бы одного из повторных интегралов влечет существование соответст ющего кратного интеграла и, следовательно, в силу теоремы Эубини, существование второго повторного интеграла и равенств всех этих интегралов.

Формально более обиее утверждение содержится в следующ теореме,

5.2Теорема, Будем пользоваться такими же обозна­

чениями,

как в теореме 4,2.

n j r c j j j ^ m a H j Ц> : Ro

* С

зада­

на j a

>»_ - ji3jie^HHpjijuiojce^TBe ]) С Й 0

 

^^ющтжцзяет

iSMBHTOj;.

 

 

 

 

 

 

 

к/

jgggjicex к€олр(Х)

^а_и^ключецием_множества,

 

"-JKEiL5H5i--£52eJSf Ч*«

.является

yuL

- ^шітег£П-

Б/ Фундцжя <р

, _з^ддщпіп^аміі^твоы

 

 

 

 

<§Сх) = ^ І Ч ^ Я / Ѵ Ѵ

 

 

 

 

^,~_Я№ПШ^юв^ва^іямюсі^

 

-ѵгр,!)

, является уд.,

-

ртгеграруамо* ла этом_множестве .'

 

 

 

 

 

Тогда ^ ^ Lyu CD

) д^в^іастности^^

 

 

 

д'енме теоремы Фубиян.

 

 

^

-

 

 

Сформулированное утверждение остается справедливым, если

я мм яемежять квотами уц.,

я

уц^

 

 

 

 

 

 

• -

118

-

 

 

 

 

Доказательство. Предположим сначала, что

0 0

) и пусть

;

Тогда юуикция а , каіс u - нвиериыая и ограниченная, является ^л. - интегрируемой на JJ . Применяя к ней теорему і;убиии 4.В, находим, что

' \ фи)и . Ы х )

Отсюда,

как легко видеть,

следует,

что последовательность

\ Ч' -J

I s,= )

удовлетворяет условиям теоремы о монотонной

сходішости /см.п.8, § <3/« Следовательно, |іо|=г£іт« и>.

является

/JL. - интегрируемой функцией на множеот:м_£) ,

а поэтому функция . ц>

тоже

и. - интегрируема на

множестве ID

.

 

 

Доказательство теоремы, в случае когда уи_(1>) = +«>о

предоставим читателю. Ограничимся линь указанием* что в случм

ц_(Т_)) = + о°

Функции

целесообразно опреде­

лить следующим образом

 

^ 0 при ï f e j ) u. Ы > Ѵ .

119

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ