книги из ГПНТБ / Лянце В.Э. Интеграл Лебега - Стильтьеса конспект лекций
.pdfУ |
I то Ü (ftÇl i:Wi |
, так что \ [Ли < |
1.9 Определение. Обозначим через 1| • Ц "равномерную" норму для функции, заданных на множестве ,П> :
'.Норма /1.7/ потому называется равномерном, что сходимость по этой норме совпадает с равномерной сходимостью На мно
стве 3) |
) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.10 |
Лемма. AJjJL^SISbJ'ïSSii |
u |
" ,üSS?£ßM"5HJ' |
|
|||||||
о^ч^ашіче^ідым^нос^ |
|
|
|
|
|
|
Ii ' I I i > 5 J 3 |
||||
£тве L n ^ C l ) ! |
|
|
, п^обдадшдо^^оиаточн^jtToöbi^ |
|
|||||||
jLt(.î)ï<(V> |
|
. Еслй^это условие выполнено^о имеет место |
|||||||||
оцекка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I S |
U |
^ |
U |
uCbVIH - o o - |
А . 8 / |
. |
|||
Доказательство. Обозначим через |
|
|
характеристичес |
||||||||
кую функцию множества Jî) |
. |
1.1 ы имеем |
|
|
|
||||||
а поэтому, |
если u(.î>V <*> |
|
, то, в силу 1.7 и 1.8, |
|
|||||||
- H Ç « L u d u |
|
$ |
|
* H U |
u(.M . |
|
|||||
|
I |
|
|
з |
: |
|
|
|
|
|
|
Отметин, что оценка /1.8/ является точной, поскольку |
|||||||||||
при -= |
|
|
|
Б /І.к/ |
имеет место |
|
равенство. |
|
|||
2. Интеграл по множеству конечной меры. Іеперь дадим |
|||||||||||
определение |
и. - интеграла от функций, |
|
не Являющихся |
прос |
|||||||
1 Напомним, что функционал I |
называется ограниченный относ |
||||||||||
тельно нормы |
II-II |
|
, если суиестиуэт такое С >'•.- |
, что |
|||||||
I f 1.01 5 С |
II (.11 |
|
|
для |
всех Ç |
иэ |
области определения |
||||
функционала |
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Всюду в |
атом пункте І.ІЫ предполагаем,' что " область |
интегриро |
||||
|
|
|
ц. -'измеримое' ШіоѴеЗтЪо'в' ^R* |
8 |
||
вания " |
I ) |
есть |
з*»**" |
|||
удовлетворяющее |
условию %: |
1 « •.. |
4 " Ï.м . |
' ' "" |
||
|
|
/ |
. г'«,»;.»«и»95?!«к -даиювбезЛ |
|||
От этого условия мы освободимся, лишь - в . . п * * |
|
• gifej! |
||||
2.1 |
Определение. Пусть |
: ІЙ^ '—îs.'IrV*: |
i ' |
jSiX |
||
есть функция, заданная ни некотором множестве |
) |
. |
||||
Эта функция называется |
yu. - liHTer^Hjr^eMpJl на Ъ /или, |
|||||
и - ду^шщу^мой на .1} |
/, если суиение £ . на J) |
есть |
ІЛ. - измеримая функция и существует такая простая. SJU—~JUfci
тегрируемая па _D |
функция -fp, / £0 |
£ L t l ^ (Ь) . . . 1 - |
||||
см. определение 1.6 /, что |
|
, |
, •. -» |
|||
|
|
I |
{ U ) I ^ { о U ) -w^a |
i е Tf._ |
; • /2.2/' |
|
Множество функции |
, заданных на J) |
и -' |
интегри |
|||
руемых на -.и |
|
мы обозначим через |
|
|
|
|
2.2 |
Предложение. JJH^TOTO, чтобы -f é |
L^'-Cî)), |
||||
дадбдодто^и^дос^ио^шо^ |
|
|
|
|||
| U U i |
, ^ V € L |
С Ь) , кр^о^д__сходйтся_к • £ |
£авио- |
|||
мердіона J3 |
! |
|
- |
|
|
|
•Д о к а у ) |
I |
в л ь с I в Oi Пуоіь .-С é І_д Cî>) |
и. |
|||
пусть ) |
|
|
- последовательность, простых |
sju: -'из |
||
меримых функций, |
которая сходится к £• |
равномерно на .JD |
Существование такой последовательности вытекает из теоремы 4.1, § 2. Для всех \ t î> и всех достаточно больших Ѵ имеем
61
|
J £ « U l - {"»I Ч t t |
|
|
|
/2.4/ |
|
|||
i < U l *-»«4 U < * » W t |
« . в с«эу /2.2/, . |
|
|
||||||
|
« « U f уелда.я /2.1/ j j |
, € |
ù) |
/ f-* ' |
|||||
|
яцршмфастяческул фуикда» множества Л ; eu. при- |
||||||||
'V3dL ж» k * $ ï ) f e ^Ѵ»^ |
'lb') |
I, |
в силу замечания |
||||||
Обратяо, |
если |
|
|
|
|
и выполняется |
|||
усжовае /8.3/, то, |
в еялу творены 2.1, § £ , фуикция Ç |
,и- из |
|||||||
якфямк 1 |
u |
J ) |
• Выберем V |
настолько |
болыям, чтобы |
||||
для всех |
|
выполнялось /2.4/ ж иолохли |
f о |
~ |
|||||
• ^ i U A ' v j . ^ |
|
. тогда |
(о t |
L n w L i > ) |
|
Й |
|
||
ЦыіА ^ V ^ W A K \ |
- ^ о ^ ) , т о |
есть выполняется |
уежовяе |
/г.г/, |
|||||
что <* требовалось доказать. |
|
|
|
|
|
|
|||
2»3 |
П р е д ж о ж е н к é. JJjcjjk |
t L ^ t î > " ^ |
JSJJÏ?*? |
||||||
|
|
|
|
-^осжедр»тельнрсяН^у_як- |
|||||
ествуит конечные |
|
|
|
|
|
|
|||
Jtùrv» |
SÇ-»djk . |
for* |
і^ыаи. |
|
|
|
|
•JinjyKWXMjaMm.
Доказательство. Пусть последовательностя
сходятся к Ç . Тогда, в силу оценки /1.8/,
- S E |
- |
oo
i 4 I o V Y
іоотому, числовая последовательность
является фундаментальной и, следовательно,- |
существует /конеч |
||
ный/ предел |
Ivm S $*^u. |
, это же |
рассуждение можно |
применить |
it последовательности |
\\ , -fi > х». •»•*•*. |
• •• -,Ç-> >Ç-s ) — / которая тоже сходится к f равномерно на Т) /, что приводит к доказываемому предложении, так как предел подпоследовательности равен пределу всей* последователь- "
ности. |
|
|
|
|
|
2.4 |
Определение. Пусть функция -Ç |
- ^интег |
|
рируема на Д ) |
. Предел |
|
||
где \-C-»}-J=M |
- какая-либо последовательность простых |
|||
Д |
- интегрируемых функций, сходящаяся к f |
равномерно |
||
на |
Л ) |
, называется jx - мнтегражом /Лебега - Стмлвтве |
||
са/ от функции -Ç |
по множеству J ) |
|
2.5Замечание. Однозначность, определения 2.4
вытекает из предложения 2.3. В частности, если -Ç |
- простая |
||||||
I«. - интегрируема функция на |
„то она |
jt- - |
иггегрм |
||||
руема ва _Р |
, \то «.«іь |
|
|
и ее —теграш |
|||
в смысле определение 1.2 |
м 2.4 |
совпадай, так как в атом случае |
|||||
в качестве функции |
, содержащихся в определена 2.4, |
||||||
можно взять саму фумцив |
\ |
|
|
|
- . |
||
3. Простейщие свойства интеграла. Начнем со следумщего |
|||||||
признака |
- интегрируемости. |
|
|
|
|
||
Э.1 î е о р е к а. Пусть ( |
и. <J |
"^ЙЙЭРА» |
|||||
~ "^ÎÎEHîSS-JâJÏÏSSSS? |
* |
« |
MÜSSE |
является У^- ш*- |
|||
1 т.е., сужение этих функций на множество J) |
|||||||
меримым. |
|
|
|
|
|
|
/ |
|
|
- |
63 |
|
|
|
' |
|
I-ÇIMU C^UO |
,ппи x |
t £ > . |
|
/3.1/ |
|||||
Если o^t L ^ l î ) > : . |
' 1-X2.. {bU^ib) |
|
|
• ІЦчастно- |
||||||
сщ^есш. |
|
JU. -„изид^имдя^івди^^ |
|
J ) |
, то |
|||||
шіа |
3-3fiî2£EJΣy3ï5Ji2. ^ • |
|
|
|
|
|||||
Доказательство. Если ^ £ L ц (î>) |
то |
|||||||||
оуществует такая функция |
о^, t L H ^ |
|
, что С^ОО^ |
|||||||
C^„l*} ' |
при X £ Ï) |
/си. определение £.1/. 3 силу |
||||||||
/3.1/ инеем" \Çt*Vl ^'q0 |
(х) |
|
при Ы. é 1) |
|
, а это озна |
|||||
чает,что ^ t L |
(. и) |
|
. Второе утверждение теоремы вы |
|||||||
текает |
из того,что функция, |
равпая на 3) |
|
константе, |
||||||
и. - интегрируема на Î) |
/ при условии, |
что |
СТО < - 3 0 J |
|||||||
см. пример 1.3 /. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
3.2, Теорема. Если jx. |
, тр^тобдя^^нк> |
|||||||||
ция^ [\ , задатшмт 1) |
, является |
^ - JJHj^erpHjjyj- |
||||||||
euoBjja |
дУ |
1 |
|
S^'Ç^f1 = |
О |
|
|
|
|
|
Л'огк азательство. • д - измеримость функции |
||||||||||
£ на' *J) |
~ вытекает дз того, |
что любое подмножество множ |
||||||||
ства |
JA- меры нугі |
jx - измеримо и имеет |
Д- меру, |
|||||||
равную нули. Если |
£ |
- простая функция, |
то утверждение |
|||||||
теоремы вытекает непосредственно из /1.5/ |
/ поскольку в э |
|||||||||
равенстве ЗХгС |
, а поэтому уиЛВч)=0 |
/• Для слу |
||||||||
чая "не простой функции ' |
|
доказательство получаем пред |
||||||||
ным переходом, |
на основании определения 2.4. |
|
|
|||||||
3.2' ' |
3 |
а'м'е ч а н и е. Наше определение jx. - интег |
||||||||
рала предполагает, |
что область интегрирования есть непустое |
|||||||||
жество".^' дальнейшем мы считаем, |
что, по определению, любая |
|||||||||
функция |
|
jjL - интегрируема по пустому множеству и, что ji - |
теграл по пустому множеству от любой функции равен нулю. ивбавляет нас от необходимости делать несущественные оговорк
64
1 î a e
3.3 Теорема. ^ЦійіШ- ^^Ê£î5SHS4^551i jL35iiïîîa
;)та теоремп вытекает непосредственно из примера 1.3 .
S.4 Т е о р е м a. ^інояество І_д (.£>) .$^SS^S3> y. - Hjffej^Hpj_ejwx_jfa î> , е£тд_^шшзйное^тр^
о^'ш?нтедыю^^о^^
ЛJ i ü T e ^ a f i J g M e j C H ^ ^
üiüJIS |
• ]ій3^^юд^_бнр_дт^озз^ |
|
|||
1° |
Ь',сли |
U |
l b ) |
а |
с ç |
|
то |
|
|
и S c ^ = c 5 H f |
|
г0 |
ЕСЛИ |
{,,c^ |
CD) ) то Ç ^ 6 L u l u ) |
||
3° |
Если |
{«L^CÜ) |
и { і х ^ О |
прихбі), |
|
|
то S |
> 0 . |
|
|
Доказательство получается предельным переходом на основа
нии леммы 1.7 |
и определения 2.4. В частности, для доказатель |
||||
ства утвернденип 3°, заметим, |
что, в случае когда -Ç (х) О |
||||
при Х.е.3) |
I и, как видно из доказательства теоремы |
||||
4.1, § 2, функции Its, |
из 1-.П |
С ЗУ) |
, равномерно |
||
аппроксимирующие £ |
на 3 |
' |
і можно строить так, |
||
что $-, M ^ 0 |
|
при X t Ъ л |
"О = і 1 2. , .... . |
3.5Следствие. у - .ЩІТДЩ?8Л__ЯШ^
o ^ L ^ C Î ^ |
JAи U(nUHHO^iW^ |
.при x&"DX£ î> I то |
65
|
Доказательство - такое ке кал для иростіи функций |
||||||||||||
/ |
см.1.8 /. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.0 |
Следствие. Jigjivi [ & L u |
IBÏ |
, |
то_ |
|
|||||||
|
Доказательство - такое не как для простых функции |
||||||||||||
/ |
см.1.10 /. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
4-, Счетная аддитивность интеграла. |
Интеграл $ {ііл. |
|||||||||||
зависит от меры ^ |
|
, подынтегральной функции \ |
и от |
||||||||||
области интегрирования _3) |
|
. ß предыдущих пунктах мы |
|||||||||||
научали зависимость |
^^4^-*- |
|
от £ |
|
, при фиксиро |
||||||||
ванных |
у», |
и |
|
. ü этом, а также в следующем |
|||||||||
пункте, |
мы будем считать фиксированными д |
и |
и |
||||||||||
иэучать зависимость интеграла |
от области |
интегрирования J) . |
|||||||||||
|
Прежде всего отметим, |
что непосредственно из |
определ |
||||||||||
ния 2.1 вытекает следующее |
замечание. |
|
|
|
|
||||||||
|
4.1 |
Замечание. Коли функция -Ç |
|
ин |
|||||||||
тегрируема |
на 3) |
и |
А |
- произвольное |
Д |
- измери |
|||||||
мое подмноаество множества Д) |
|
, то -Ç |
уч.- интегриру |
||||||||||
ема на А . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4.2 |
1 е о р с м а.Jjj;cTb |
А , , А ^ , . . . |
- ^акие |
|||||||||
nj3na^H^j^ejiep^cej«w |
|
|
U- дэме^да;іые^|шод^ |
что_ |
|
||||||||
|
^ Г , A-j =Ъ |
• |
|
Х°Шд_етА«а!5 f |
|
/л-JiWTer- |
|||||||
pjipj(eMa_Ha ] ) |
, jrojma |
|
^-^Hwej^mgyi^ |
|
|
||||||||
множеств A j |
j i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
i |
|
" |
' |
|
" |
I |
; |
|
' |
.' |
О^атно, если ^ |
|
|
|
|
^»^s^M^M^J^£^^!L^^ii5iSS^S. |
||||||||
*££В32%В!1£5Я ^ - e^i |
S |
4 /~ |
|
|
> Jü° {• |
h~ интегри- |
|||||||
|
|
|
|
|
A v |
- |
66 |
|
|
|
' |
|
|
pjjMajia |
J) |
j^^j^A^ujwejibiio, исполняется /4.1/.(свойство, |
|||||
выражаемое равенством /4.1/, называется свойстаом^щной |
|||||||
^д^шшюстіі |
ja. - интеграла ) . |
|
|
|
|||
Л о к а з а т е л і, с т в о. Если Ç |
' |
- простая |
|||||
функция, |
то иктергплы S^Mf*- |
|
11 |
|
равны |
||
cywi.'.ai.i, соответствующих, |
абсолютно |
иходшшсн |
рядов /см.замеча |
||||
ние 1.3 / |
и, .в ;ітом случае, ноше утверждение |
иытеісает из счет- |
|||||
ноі аддитивности мери |
у. |
и правил арифметических дей- |
|||||
ствиИ над абсолютно сходящимися рядами |
/см. /1.5/ / : |
Пусть теперь |
^ |
- произвольная функция, |
интегри |
|
руема на |
Д) |
|
. Тогда, в силу замечания 4.1, она yU_ин |
|
тегрируема такЕе |
на каждом из множеств А ^ |
. Зададим произ |
||
вольное е. > О |
|
и обозначим через ' Ç L |
такую функцию иа |
|
1_П^Л1>) |
, что / см.теорему 4.1, § 2 /. |
|
||
|
|
|
|
/4.2/ |
Мы имеем |
^ |
|
|
|
Так как |
- простая функция, то, по доказанному, |
|
ряд Х^_,Лд .Ц£ Ігі/*. |
|
сходится / его сумма равна |
\ Ufl^M V • Поэтому |
, при достаточно большом N |
|
»-MV1 |
\ |
' |
0 - 67
;
Следовательно, принимая во внимание следствие :..6 и соотно
ние /4.2 /, находим ^
H 4 U / - C ^ H ) £.
/
ѵ1
ибо *~ j - i Л <) ' |
ù / |
' |
/ |
Отсюда, |
в силу произвольности |
£ "> О |
|
, вытекает /4.1/ |
|
Для доказательства обратного утверждения, обозначим через такую простую функцию, которая уи. - ин тегрируема на А; и удовлетворяет условию
Существование такой функции £ легко усмотреть из |
теорем |
||||
4.1, § 2, |
и ее доказательства. Обозначим лалее через | 0 фу |
||||
цию, заданную на |
|
следущни образом |
|
||
$ 0 ( о = |
^ о т 4 |
ла^ллх я е. А • , |
^ І , . . |
/ І А / |
|
Функция |
очевидно |
является просто!-! |
и, поскольку, |
по ус |
|
вию ряд |
'Ьд^ |
|
сходится, |
то, в силу /4.3/ к |
|
/4.4/, функция (о |
• |
/л - интегрируема на Д) |
|
ü cawow деле *
Зак как, в |
силу /4.Ь/ к /4.4/, 1С і*-И S -Со Сх \ при х. 6 Ъ |
то |
К" интегрируема на _Т) , что и требовалось дока |
зать.
4.8. 3 а >.; о ч а н и е. йэ, доказанного свойства очетной .
аддитивности вытекает свойство конечной аддитивности. Кыенно,
пусть A, |
j |
. . . j A [g |
- такие |
попарно непѳреоѳкающиеся |
||
измеримые множества, |
что |
Ujrai А^ ^JD |
, Тогда если |
|||
Ç |
^ |
- интегрируема на 2) |
, |
то |
|
И
Обратно, |
если Ç |
ІЛ - интегрируемо, на каждой А • , ю |
|
она |
- интегрируема на ,і>. |
|
|
Для доказательства достаточно применить теорему 4.2 к |
|||
1 Следуя, традициям, |
мы считаем, что если |
- измеримая |
|
неотрицательная функция |
не явля |
||
ется |
w - интегрируемой ка Ъ , то $^ ^ ° ^ = * *° • |
||
|
|
- 69 |
|