可測集的性質

2022-02-10 16:42:30 字數 4186 閱讀 7241

1.若$e$是$r^n$中的可測集,則$r^n\backslash e$也為可測集.

證明:$e$在$r^n$中可測,說明$\forall a\subset r^n$,$m^*(a)=m^*(a\bigcap e)+m^*(a\backslash e)$.下面我來證明

$$m^*(a)=m^*(a\bigcap(r^n\backslash e))+m^*(a\backslash(r^n\backslash e))$$

根據摩根律,即證

\beginm^*(a)=m^*((a\bigcap r^n)\backslash (a\bigcap e))+m^*((a\backslash

r^n)\bigcup (a\bigcap e))\\=m^(a\backslash e)+m^(a\bigcap e)\end

證畢.

2.若$e_1,e_2$是$\mathbb^n$中的可測集,則$e_1\bigcap e_2$也是$\mathbb^n$中的可測集.

證明:如圖

已知兩個圓面代表可測集,下面證兩圓相交部分為可測集.令長方形代表$\mathbf^n$中的任意子集,即證明$$m^*(3)+m^*(1\bigcup 2\bigcup 4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$(灰色代表1,黃色代表2,紅色代表3,棕色代表4)

由於右邊的圓是可測集,因此

$$m^*(2)+m^*(1\bigcup 4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 4)$$

故只需證

$$m^*(3)+m^*(2)+m^*(1\bigcup 4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$

由於左邊的圓代表可測集,因此

$$m^*(2)+m^*(3)=m^*(2\bigcup 3)$$

故只需證

$$m^*(2\bigcup 3)+m^*(1\bigcup 4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$

這是容易的,因為右邊的圓代表可測集.綜上,兩圓相交部分代表可測集.於是當$e_1$和$e_2$為可測集的時候,$e_1\bigcap e_2$是可測集.

下面我們來證

3.若$e_1,e_2$是$\mathbb^n$中的可測集,則$e_1\bigcup e_2$也是$\mathbb^n$中的可測集.

證明:也就是要證

$$m^*(1\bigcup 2\bigcup 3)+m^*(4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$

由於左邊的圓為可測集,因此

$$m^*(1\bigcup 3)+m^*(2)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3)$$

因此只需證

$$m^*(1\bigcup 3)+m^*(2)+m^*(4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$

由於右邊的圓為可測集,因此

$$m^*(2\bigcup 4)=m^*(2)+m^*(4)$$

因此只需證

$$m^*(1\bigcup 3)+m^*(2\bigcup 4)=m^*(1\bigcup 2\bigcup 3\bigcup 4)$$

這是容易的,因為左邊的圓代表可測集.

4.可測集的有限可加性.若$(e_j)_$是互不相交的可測集的有限族,而$a$是任意乙個集合(不必是可測的),那麼

$$m^*(a\bigcap(\bigcup_e_j))=\sum_m^*(a\bigcap e_j)$$

證明:先考慮簡單情形總不會有錯.我們考慮當$j$只有兩個元素的情形.由於$e_2$是可測集,因此$m^*((a\bigcap e_1)\bigcup (a\bigcap e_2))=m^*(a\bigcap e_1)+m^*(a\bigcap e_2)$.可見,當$j$含有兩個元素時,命題是成立的.利用數學歸納法,可知當$j$裡含有有限個元素時,命題都成立.

注4.1.當$a=\mathbb^n$時,我們可以得到可測集的有限可加性.

5.若$a\subseteq b$是兩個可測集,則$b\backslash a$也是可測集,且

$$m(b)-m(a)=m(b\backslash a)~~~~~~~~~~~\mboxa

證明:由於$a$是可測集,因此根據1,$\mathbb^n\backslash a$也是可測集.易得

$$b\backslash a=b\bigcap (\mathbb^n\backslash a)$$

由於兩個可測集的交是可測集,因此$b\bigcap (\mathbb^n\backslash a)$是可測集,因此$b\backslash a$也是可測集.

注5.1.$m(a)

6.設$(e_j)_$是互不相交的可測集的可數集.那麼集合$\bigcup_e_j$是可測的,且$m(\bigcup_e_j)=\sum_m(e_j)$.

證明:首先,我要證明$t=\bigcup_e_j$是可測集.就要證明,$\forall a\subset \mathbb^n$,我們有$m^*(a)=m^*(a\backslash t)+m^*(a\bigcap t)$.

根據摩根律,也就是要證明

$$m^*(a)=m^*(a\backslash t)+m^*(\bigcup_(a\bigcap e_j))$$

根據外測度的次有限可加性,可得

$$m^*(a)\leq m^*(a\backslash t)+m^*(\bigcup_(a\bigcap e_j))$$

所以我們的目標是證明

$$m^*(a)\geq m^*(a\backslash t)+m^*(\bigcup_(a\bigcap e_j))$$

根據關於勒貝格外測度的一條等式,也就是要證明

$$m^*(a)\geq m^*(a\backslash t)+\lim_m^*((\bigcup_^n(a\bigcap e_i)))$$

根據外測度的單調性

$$m^*(a\backslash t)+\lim_m^*(\bigcup_^n(a\bigcap e_i))\leq m^*(a\backslash \lim_(\bigcup_^ne_j))+\lim_m^*(\bigcup_^n(a\bigcap e_i))$$

故我們只用證

$$m^*(a)\geq m^*(a\backslash \lim_(\bigcup_^ne_j))+\lim_m^*((\bigcup_^n(a\bigcap e_i)))$$

就可以了.而這是顯然的.因為由於性質3,$\forall n\in\mathbb^+,\bigcup_^ne_j$是可測集,所以

$$m^*(a\backslash \lim_(\bigcup_^ne_j))=m^*(a)-\lim_m^*(a\bigcap(\bigcup_^ne_i))$$

所以$$m^*(a)=m^*(a\backslash \lim_(\bigcup_^ne_j))+\lim_m^*(a\bigcap(\bigcup_^ne_i))$$

因此,$\bigcup_e_j$是可測的.

現在我們證明,$m(\bigcup_e_j)=\sum_m(e_j)$這很簡單,因為根據關於勒貝格外測度的一條等式,

$$m(\bigcup_e_j)=\lim_m^*(\bigcup_^ne_j)$$

再由性質4,可得

$$m(\bigcup_e_j)=\lim_m^*(\bigcup_^ne_j)=\lim_\sum_^nm^*(e_j)$$

注6.1.根據這個性質,我們還能證明:若$\forall j\in\mathbb^+$,$e_j$是可測集.則

$$\bigcap_^+}e_j$$

也是可測集.

證明:設$x=\mathbb^n$.根據性質1,只用證明$$x\backslash(\bigcap_^+}e_j)=\bigcup_^+}(x\backslash e_j)$$是可測集.而由於$\forall j\in\mathbb^+,e_j$是可測的,所以根據性質1,$x\backslash e_j$也是可測的.根據性質6,可知$\bigcup_^+}(x\backslash e_j)$是可測的.

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