книги из ГПНТБ / Лянце В.Э. Интеграл Лебега - Стильтьеса конспект лекций
.pdfполученному 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 * |
1Й > 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 |
|
-Ç |
|
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 ^хх 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 и*зн*вв' |
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