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

У

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 ІCî>)

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»

-»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

- ^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

по множеству J )

 

2.5Замечание. Однозначность, определения 2.4

вытекает из предложения 2.3. В частности, если

- 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

 

 

 

 

Лгк 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^

 

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 )

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

= 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

 

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 £ 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

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ