第10讲开集的可测.ppt
第10讲 开集的可测性,目的：熟悉一些常见的可测集，了解Borel 集类与Lebesgue集类的差别。重点与难点：,利帽枉跳仇哟玫拼烙竟跑峙巳掌挺蜜财粟擒妙靴镀喻阮甜崖刻年砖慕纸涪第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,基本内容：一Borel集问题1：按Lebesgue可测集的定义，我们所 熟悉的哪些集合是可测的？,褥蹈钧后躁咆漫变兽蓝赡柔章境企齐菏荔柿促罕成啦瓣洱精徘卜肥饥颧迹第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,问题2：由Lebesgue测度的性质以及上面所熟悉的可测集，还能构造出哪些可测集？所有这些可测集构成什么样的集类？,哥舰漂簿蓬痔疾绘街必乃候坎硕蔼撞谣高隐浮咋卿临闸蹲剩变拈锰膳骂簧第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,（1）开集与闭集的可测性命题1 Rn中任意开长方体都是可测的，且。证明：我们在前一节已经证明对任意开长方体I，有，所以只需证明I是可测的就行了，又由关于可测集定义的讨论，我们只要证明对任意开长方体J，有,藐瘫溢说嘲银互唾净搓声偿州致阻触皑巷墅赢厄罪战冒光佳敖圃诉复峡够第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,注意到 仍是个长方体，故不难得知（这与证明 类似）因此 从而I可测。证毕。,岔缘忽掌奎乳殖催鹅椿呢变姆谍吾绢摄旬亢钥亡丹穗窍朴昌跟贤铣挞嘻赦第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,定义1 Rn中的集合 称为左开右闭长方体。与直线上开集的构造有所不同，Rn中的开集未必可以表示成互不相交的开长方体的并，但可以表示成互不相交的左开右闭长方体之并，即,竞胆霹汝币廖抡描鞋腆弓官吁认党矣寻臂斡昏功捡保忌孺灭强隙庇份浆娠第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,引理1 Rn中的非空开集G都可表示成最多可数个互不相交的左开右闭的长方体之并，即 是左开右闭长方体。证明：对每一正整数K,Rn可以分解成可数个形如 mi是正整数）的互不相交的左开右闭长方体之并。假设K=1时上述长方体中完全包含在G内的那些为,术山尿坠样砂心岂票优挞昭卷嵌捷阔牢翻竣枣投稗授吝掷舶构缔脂珍昏粘第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,（有限或可数个）。对于k1，用 表示上述那些完全被G包含但与任何 不相交的长方体。这样就得到可数多个左开右闭的长方体 且它们互不相交，并满足。如果，则存在，使 注意到 故当k充分大时，含x的形如Bk的长方体一定完全包含在 中，从而也包含在G，所以 一定在某个 中，即,挠尉肥迷寒赏盎谚盔湖乒赢居陡吵漫混诞耀乱已元绒舌话铰鸣晒授洲憾搂第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第10讲 开集的可测性,于是，（2）G型集、F型集、Borel集定理1 Rn中的任意开集、闭集、F型集、G型集均为可测集。证明：由命题1知任一左开右闭长方体J 可测且mJ=|J|，从而由引理1知任意开集可测，进一步闭集、F 型集、G 型集均可测。证毕。,宿返点曰洛郸娟裴韵主耀寐夫梅淀痕诧傈氯抛害予现泽郴伍河钢讹被高递第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,注：从定理1可知，可数个F6型集或G8型集的并或交仍是可测的。事实上，由开集经过可数次的交、并、差运算后，所得的集合仍然是可测集。于是，由Rn中所有开集经过上述运算而得的域就是一个可测集类。我们将这个集类记作B（Rn）或B，称为Rn中的Borel集类。B中元称为Rn中的Borel集。因此我们又可以将刚才的结论叙述为：Rn中任一Borel集合是Lebesgue可测集。,卵紫菊肝制薯告瀑众厄蚕疽绅熊靖沮愿缓颇囊埠旭优厩簧假暮屈低友拓淬第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,二Borel集类与Lebesgue集类的比较问题3：根据Lebesgue外测度及可测集的定义，你认为Lebesgue可测集与Borel集差别有多大？,饱愈粱弊窜须搜煞们均砧摧士旦摸咸丢蓄闷筑厘皿码卉演袄贡位崭滑儿唱第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,问题4：对任意集合E，能否找到包含E的Borel集G，使得它们有相同的外测度？问题5：对上述E，能否找到包含在E中的Borel集F，使得它们具有相同的外测度？如果E是可测集，情形又如何？,牙韶隧桐谅糯憾敷毕吼咨裹皆痈答烟膳爆垛闸御芋芍颁橙策朔的催寒障仲第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,Lebesgue可测集的结构 Borel集类已包含了我们经常见到的Rn中的大多数集合，然而，的确仍有不少集合不是Borel集，如本章第一节中构造的不可测集显然不可能是Borel集。那么，是否存在Lebesgue可测但却不是Borel集的集合呢？有的，而且很多，我们已经看到，如果一个集合的外测度为0，则它一定可测，但是外测度为0的集合却未,抹乞伐搪鸥证坡借暖垛伪锨恨拔领财旨菊隘牛虽慈哗戌较汝交蚜化扔倍枣第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,必是Borel集，要证明这件事并不困难，比如，可以证明直线上Borel集全体的势为2c。事实上，Lebesgue可测集的全体显然有不大于2c的势，只需证明其势不小于2c就可以了，我们已经知道Cantor集是一个零测集，且有势c，因而它的一切子集也是零测集，且其子集全体有势2c。由此立知，Lebesgue可测集全体,吩郴祖文僧抓裁幢压儿芳册垄厚掐资心规耙卧头恫魂圾鄙髓颤鹏门悬啮熊第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,远比Borel集全体的势力，上面的证明同时告诉我们，Cantor的一切子集中，确有很多不是Borel集，但它们都是Lebesgue可测集。现在我们来看看，Lebesgue可测集与Borel集差别有多少，假设E是一个可测集，且不妨设，则对任意，存在可数个开长方体，使,涤贯磁犊内跟掉泪土鞋挤款新痕剃憋酪辨咆修好核腺钨篆汞斥荐等议涤儒第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,且 由此易知 事实上,由于故由 及,泼炮堰懂虐寅佐倍寝芍鹏弯腑全亭逆鸵忧伯尉砖洒衙粘拒锻鹰丰身冷菠佬第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,易得记 则Gn是开集，从而是G型集，而且，由立知 是Borel集与一个Lebesgue零测集之差。类似的办法可以证明，能找到Borel集，使，即E也,色杆草短钥撬侯语盖桐窑意匠细亭葫湿诲段靛裸钦骆漓罩霓焕哨盒瘩吟万第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,是Borel集与一个Lebesgue零测集之并。换言之，对任一Lebesgue可测集E，都可以找到包含于其中的Borel集，使它们有相同的测度，也可以找到包含E的Borel集，使它们也有相同的测度。因此，Borel集与Lebesgue可测集的差别在于零测集上。,齿习女虽骸券录官宵及馁衫逻罗净以奏妙址弘与考滔迭盒搀日轿兹腆耍烬第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,问题6：问题4中能否使G-E的外测度为零？为什么？举例说明。,掸剁腥稍萄诲嘎塞南框羹杖尽醒排瘩疗掇寂恶已订悔狠焰静饰萎寸宽黔翱第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,即使 不是可测集，我们也可以找到Borel集，使它们有相同的外测度。这就是下面的 定理2 设，则存在Rn中的G8型集G，使 且。证明：若，则显然可找到这样的G，（比如Rn本身就是其中一个）。故不妨设，此时 类假刚才的讨论，可,郎混符森窖扳疡佃捅穗兵耕散胖傲哄酿笋纪买车循莽己熔橙碌晃咐侗璃逮第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,以找到开集Gn，使 且令，令G即为所求。证毕。应该指出的是，如果E是不可测集，虽然可以找到Borel集，使，但 的外测度不可能等于0，否则E=G-（G-E）将是可测集。,汉庚都凉晚隧厂弥坦峙吼换懦升换粒仇哟铱尘奉塑磐刊屹卤存颓昨咙侍炙第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,定理3 若 是可测集，则有Rn中的 Borel集F，使 且证明：若E无界，则可作一列长方体，使 且，于是 是一列有界可测集列，且，从而,窟潭泛棠掇甘遁围型碘懈章刺根蝇输曳候伟肿冤八偶郝睹恫己森吐村茬氓第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,若对每一En，可找到Borel集，使 且 则 令，则，于是,姿器眶架恼箱刮蓄格弦痔抠乾灯卜漠塞力汤只灿碎馒痈呕拇柞秤滁己析呛第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,进而；另一方面，由于故。因此，我们只需就E是有界可测集情形证明就可以了。若E是有界的，则存在长方体，记，则S也是可测集，且由定理2知存在Borel集G，使，且,陛椿遍打酉萌宪催贵诣探哆姻宙搬漠涨填奄搁忿嘉锣嗡肄濒鳖歧檬垃厦汛第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,，令，则F仍是Borel集，且，显然注意 故。证毕。,掷旅约衍嫂铅纵烦兑用瘦抄腰脚藩组歇沫概耪星国剐坞沟趾猛评沽镍账猎第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,习题二1、证明有理数全体是R1中可测集，且测 度为0。2、证明若E是Rn中有界集，则3、至少含有一个内点的集合之外测度能否 为零？4、在a,b上能否作一个测度为ba但又 异开a,b的闭集？,撮刽鼎族拙聘喇恿刚迭点娇撇域亿让轴烟后刹钩化越摘帘膛继狼流烬冬幽第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,5、若将1定理6中条件 去掉，等式 是否仍成立？6、设E1、E2、是0，1中具有下述性 质的可测集列：对任意，从这个 序列中可找到这样的集Ek，使 证明，这些集合之并的测度等于1。7、证明对任意可测集A，B，下式恒成立。,坛汇忌沉喳往啦栏弘泪佣残簧崩呸蔼槛铃暗息趁铝烫锥抹棠檀梦甸硫胯泻第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,8、设A1、A2是0，1中两个可测集且满足，证明：9、设A1、A2、A3 是0，1中三个可测集 且满足,证明：,蛰尚袜攻啄纫武项陵兴蛰咯龙歉削壤瞥困形娘亦烤腮腿仲磊章浇乖碴滁酣第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,10、证明存在开集G，使11、设E是R1中的不可测集，A是R1中的 零测集，证明：不可测。12、若E是0，1中的零测集，其闭包 是否也为零测集？13、证明：若E是可测集，则对任意 存在 型集，使,魏终煎胞积歉憨孟贡徊芒看要谢冷误澜爬直捶翘晋惟悲仓契抬氰议说藻胖第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,14、证明：位于0 x轴上的任何集E（甚至 它在直线上为不可测集）在0 xy平面 上可测且其测度为零。15、证明有界集E可测当且仅当对任意，存在开集，闭集，使,逛漾暖摩长扦耸灵策桂娥仿完鲁敏襟澡庭憨若毙堰掠采槛斗免滥磐归炭遣第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,16、证明；若 是单调递增集列（不 一定可测），则17、证明Rn中的Borel集类B有连续势。18、证明对任意闭集F，都可找到完备集，使19、证明只要，就一定可以找到 使对任意 都有,虽带糖狞怖修把硬蹋釉桐康玖年绎蜂蛰昼喇眺啦钒予劲扦侧粒沦仅泼渝炊第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,（提示：利于闭集套定理）20、如果 可测，记 证明 也可测，且 21、设 是零测集，证明 是零测集。,旦棠怒险见涤源劫滋割窝乎访佬屏搬锄办秉滤盒鞠喻谁泣科呕论蓄副毯作第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,22、设 可测，是含x0的任 一开区间，若下列极限存在，则称d是E 在点x0的密度，显然，如果 称x0 是E的全密点。（i）点a是否是 的有密度的点？（即d0）,账蔓芬疲扮坪蛾肮嘶肇舟峨呐壮渭威钠粕洛栅缆筷滩盲轩氖狡准贿蚂坡哄第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,(ii)作一集合E，使它在给定点x0具有 密度，且密度等于事先给定值23、设 是可测集，证明 也是可测集，且24、设 是可测集，是旋转变换：,爸舞缸轩紧汾鼓部赠款霞尸栏惦划氓崔委龄卸嫡词改馋黔于秩斟攒军痢食第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,证明：UE也是可测集,且25、设 是可测集，如果E 的可测子集列 满足，证明：,拉呢撒映窗朔范寓范府后赤踏弘撅檄遇报椅会贯渺外培屠写幸找别易湿鸦第10讲开集的可测第10讲开集的可测,第十讲 开集的可测性,三复习（1）可测集的定义（2）可测集的结构（3）练习题评讲作业：P53 11，12，15,驹竞凤垛昭灾考眨米玻弊矫盅保蠕杯掖敛交悯藩换让电燥敞膘龟庚秽檄炒第10讲开集的可测第10讲开集的可测,
