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绝对可积、零测集修改与积分估计怎样统一?

先备知识

掌握正负部分解、零测集完备性与非负积分的单调性。

学习目标

把有限积分、几乎处处等价和绝对值估计组织成统一合同。

牵引问题

什么时候正负面积都能安全相减,修改零测集为何不改变答案?

探索与猜想

因为 |f| 同时控制 f^+ 与 f^-,它应当是有限积分的正确证书。

概念与理论

绝对可积

称 f(Lebesgue)可积,若 \(\int|f|dm<\infty\)。由 |f|=f^++f^- 与非负可加性,这等价于正负部积分都有限。

零测集修改

若 f=g 几乎处处,则 |f-g|=0 几乎处处,上一单元的零积分判据给出 ∫|f-g|=0。由点态不等式 |f|≤|g|+|f-g| 及反向式,二者可积性一致;再分解正负部 或使用差函数,得到 ∫f=∫g。

基本估计

由 -|f|≤f≤|f| 和单调性,

\[ \left|\int f\right|\le\int|f|. \]

右侧有限时,左侧是普通实数的绝对值。这是估计,不是反向等价。

例题与迁移

例 1:改一个点

在区间上任意改变一个点的函数值,不改变可积性与积分。

例 2:抵消不是绝对可积

大范围正负抵消可能使截断积分看似稳定,但不能替代 \(\int|f|<\infty\)

即时检验与回望

即时检验 1

有限积分值是否自动推出绝对可积?

答案

在本书定义下,有限 Lebesgue 积分意味着两部分有限,因而绝对可积。

即时检验 2

零测集修改需要新测度吗?

答案

不需要,Lebesgue 测度的完备性已保证修改后函数可测。

常见误区与后续

  • 绝对值估计的方向不能倒置。
  • 几乎处处相等是积分理论的自然等价关系。

习题与答案

习题 1

绝对可积的定义是什么?

答案

\(\int|f|dm<\infty\)

习题 2

它如何控制正部?

答案

\(0\le f^+\le|f|\)

习题 3

它如何控制负部?

答案

\(0\le f^-\le|f|\)

习题 4

几乎处处相等意味着差函数怎样?

答案

差函数几乎处处为零。

习题 5

差函数绝对值积分是多少?

答案

零。

习题 6

积分绝对值估计是什么?

答案

\(|\int f|\le\int|f|\)

习题 7

估计来自哪个点态不等式?

答案

\(-|f|\le f\le|f|\)

习题 8

改变有限多个点影响积分吗?

答案

不影响,因为有限集是零测集。

习题 9

几乎处处等价保持可积性吗?

答案

保持。

习题 10

本节为下一章准备什么?

答案

为控制收敛提供可积控制与绝对值估计。