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2017年2月24日金曜日

測度論、各点で真に正なら積分値も真に正

どうも4sです。今日も測度論について記事を書きます。

(X,\mathcal{F},\mu) は測度空間で \mu(X)>0fX 上の実数値関数で任意の x \in X に対して f(x)>0 である。このとき、\int_{X}f\,d\mu>0 が成り立つ。

今日はこの主張の証明をやってみようと思います。\int_{X}f\,d\mu \ge 0 を示すのは簡単なんだけど、等号を落とそうとすると少し頑張らないといけない。ちなみに、各点で真に正という仮定は \mu-a.e. で真に正という仮定に置き換えることが出来ます。

じゃ、やってみます。

まず、X=\{x \in X \mid f(x)>0\}=\bigcup_{n=1}^{\infty}\{x \in X \mid f(x)>1/n\} が成り立つことに注意します。 \mu(X)>0 という仮定から、\mu(\{f>1/n_0\})>0 を満たす自然数 n_0 が取れる。実際、もし取れないなら、任意の自然数 n に対して \mu(\{f>1/n\})=0 だけど測度の \sigma-加法性から \mu(X) \le \sum_{n=1}^{\infty} \mu(\{f>1/n\})=0 となって仮定に矛盾する。ここまで出来ればあとは簡単です。X 上の積分を次のように下から評価して、
\begin{align*} \int_{X} f\,d\mu&=\int_{\bigcup_{n=1}^{\infty}\{x \in X \mid f(x)>1/n\}}f\,d\mu \\ &\ge \int_{\{x \in X \mid f(x)>1/n_0\}}f\,d\mu \\ &\ge \frac{1}{n_0} \mu(\{f>1/n_0\}) \\ &>0 \end{align*}
これで証明終了ですね。\mu(X)>0 が大事な仮定ですが、これを満たさない例ってほとんどないような気がします・・・。

じゃ、今日はこの辺で。

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