Файл: Заманский, М. Введение в современную алгебру и анализ.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 0
424 |
ГЛ. X. ИНТЕГРИРОВАНИЕ |
следовательно,
Стало быть, последовательность / = (фй) — это последователь ность, удовлетворяющая условию
2 1 Фа Ір < + ° о .
Обратно, пусть / = |
(ср^) |
есть |
последовательность таких дей |
||||||||
ствительных чисел, |
что |
2 і |
Фа Ір |
< + |
° ° ; |
пусть х„ = |
( | п, н), где |
||||
1п,к = |
Щ при |
k <s:n, |
ь = |
0 при |
k > |
п, и |
пусть, |
например, |
|||
п < т \ |
тогда |
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Цх„ — Хт \\р)р = 2 і Фа Т• |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
п + 1 |
|
|
|
|
Так как, по условию, |
2 і Фаір < |
+ |
00. |
то |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нт |
|
2 |
і Фаір = |
0; |
|
|
|
|
|
|
n->oo, т~> оо |
+ 1 |
|
|
|
|
|||
значит, |
(хп) |
есть |
последовательность |
Коши |
в Е р |
и опреде |
ляет /.
Таким образом, это пространство 3?р есть пространство та
ких последовательностей |
действительных |
чисел х — (%и)> |
что |
||||||||
2 і £аір < + °°- |
Ои° |
|
обозначается |
S 'p (N) |
или L p (N). |
|
|||||
Предположим |
теперь, что р < |
q и |
что |
2 і Ы р < ° ° - |
Так |
||||||
как |gft| стремится |
к |
нулю, то, начиная |
с |
некоторого номера, |
|||||||
будет выполняться |
|£ ь |< 1, а так |
как при 0 < а < |
1 функция |
||||||||
/ —»■а4 убывает, |
то при р < |
q имеем |gfe| p > |
|
отсюда |
сле |
||||||
дует, что если |
x g |
L p (N), |
то x <=Li (N), |
и |
тем самым, пред |
||||||
ложение 4 доказано. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
§ 4. Пространства Jg°° и L°° |
|
|
|
|
|
|
|||||
Введенные |
выше |
пространства |
3 ? р |
были определены |
для |
||||||
1 ^ р <; -f-oo. |
Встает |
вопрос о том, какой |
смысл |
можно |
при |
дать символу і? 00. Но 3?р наделено полунормой, которая имеет
вид ( ц(| х| р) ) І/р, и |
в наиболее |
простых случаях (ступенчатых |
функций на R, непрерывных функций с компактным носителем |
||
на R) легко видеть, |
что |
|
|
lim IIX ||р = |
sup I X (t) 1. |
|
p-& oo |
t m A |
Иными словами, в пределе норма (или полунорма) в 9?р дает норму равномерной сходимости. А поскольку функции на 3?р определен^ почти всюду, то получаем более общее определе ние, которому и будет посвящен этот параграф.
5. ПРОСТРАНСТВА 2 ? Р |
425 |
|
|
|
|
1. Определение пространств jg?00 и L x . |
|
|
Определение. Пусть |
Е — пространство Рисса числовых |
|
функций, определенных |
на множестве А, и р —положительная |
мера. Говорят, что числовая функция х, определенная почти
всюду на А, |
p-ограничена, если существует такое число а ^> О, |
||
что I л (t) I ^ |
а (для меры р). |
||
|
П . В . |
|
|
Нижняя грань указанных чисел а называется р-максимумом |
|||
функции |
I л:I |
и обозначается 11*11«,. |
|
Это определение требует следующих замечаний. |
|||
Если |
| * |
( / ) | < |
І а , то множество точек / е й , в которых |
\x(t) I > |
|
П . |
В . |
а, пренебрежимо. |
Можно было бы рассматривать p-максимум и р-минимум функции *. Например, p-минимум функции *, обозначаемый иногда гпоо(х), есть верхняя грань действительных чисел Ъ, удовлетворяющих условию
b ^ X (t).
П . В .
Вместо p-максимума функции \х\ употребляются также названия истинный максимум или существенная верхняя грань.
Если * — непрерывная функция на компактном множе
стве К, то
II * IL = sup I * (t) I,
если |
любая |
окрестность любой |
точки К имеет |
ненулевую |
|||
р-меру. |
* ^=5 у, то |
|
|
|
|
||
Если |
|
|
|
|
|||
если |
* п= |
0, |
l l x L 4 l y l L : |
|
|
||
то |
|
|
|
|
|||
|
|
|
IIXIL |
= |
о. |
|
|
Очевидно, |
что |
|
|
|
|
||
|
|
|
II * + УIL ^ |
II X11^ + |
II у ||м |
|
|
и, для любого действительного а |
|
|
|
||||
|
|
|
II ах IL = |
| а |
H U IL . |
|
|
Отныне мы будем считать, |
что для |
любого |
величина |
IW L определена (и конечна).
Таким образом, ||*IU определяет на пространстве Рисса Е полунорму. Проведя факторизацию по отношению эквивалент ности * п==у, получим на £ норму ЦіЦ«,, причем ||*IU является
значением ||*IL, когда * — элемент из Е, определяющий класс эквивалентности *.
426 |
ГЛ. X. |
ИНТЕГРИРОВАНИЕ |
|
|
Определение |
и L°°. |
Обозначим |
через |
пополнение |
пространства Е, наделенного полунормой ЦхЦ», а |
через L°° — |
|||
ассоциированное нормированное пространство*). |
|
|||
Охарактеризуем |
9?°° (и L°°) посредством числовых функ |
|||
ций, как мы делали это для 9?. |
пространства Рисса Е |
|||
Обозначим через |
х, у, |
... элементы |
(наделенного положительной мерой р, и полунормой ||x|U, ко торая предполагается конечной для всех х ^ Е ) .
Если |
(хп) |
есть |
последовательность |
Коши |
из |
Е, |
то |
|||
\\хп —^mlloo *0. |
Каждому (хп) отнесено такое пренебрежимое |
|||||||||
множество еп, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Пусть |
|
t *= &п=ф I Хп (0 I ^ |
II Хп11^. |
|
|
|
|
|||
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
e = |
\ J |
e n- |
|
|
|
|
|
Если / е Л |
— е, |
то |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
I Хп(t) |
Xm (t) I ^ |
ИХп |
Xm11^, |
|
|
|
||
значит, (xn) равномерно сходится на |
A — e. Говорят, |
что |
(xn) |
|||||||
равномерно сходится почти всюду. |
|
почти |
всюду |
как |
||||||
Пусть |
теперь f — функция, |
определенная |
предел последовательности (хп). Тогда каждой последователь ности Коши (хп) соответствует некоторая числовая функция f.
Если (уп) — эквивалентная |
ей последовательность |
Коши, |
|
т. е. такая, что ||х„ — г/„||оо —>0, |
то хп —уп равномерно сходится |
||
почти всюду к нулю, |
и следовательно, если g — функция, |
опре |
|
деленная посредством |
(г/„), то |
|
|
g — f.
Ь П. В. 1
Обратно, если (хп) и (г/п)—две последовательности Коши, определяющие /, то \\хп'— г/nlU—►О, ибо если е, е' — пренебрежимые множества, отнесенные последовательностям (хп), (уп), то на А — е имеем
I хп(і) — y(t)\^e/2, если п ^ п 0\
на А — е' имеем
I Unit) — у(і) |< е /2 , если « > « 5 ;
*) Это определение совпадает с общепринятым в случае, если Е — про странство Рисса, образованное ступенчатыми функциями на клане всех р.-измеримых множеств, где ц — конечная мера; в этом случае 2 ’°° = = {х е 2 : lUlloo < °°}. Если мера бесконечная, или если Е образовано сту пенчатыми функциями на,клане общего вида, или непрерывными функциями на локально компактном (в частности, компактном) пространстве, то данное определение неприемлемо.
См. также сноску на стр. 438.
5. ПРОСТРАНСТВА g P |
427 |
значит, на А — е\]е' имеем
Iхп (0 — Уп (О I< е, если п > шах («о, «о).
Итак, пространство S°° состоит из числовых функций, опре деленных почти всюду и являющихся пределами почти всюду последовательностей Коши в пространстве Е, наделенном по лунормой ЦлгЦоо (короче: равномерные пределы почти всюду последовательностей Коши функций из Е).
Пространство Ь°° есть факторпространетво пространства S°° по отношению эквивалентности
fп Г в . S '
Сдругой стороны, на А — е, где е — пренебрежимое мно жество, имеем
\xn(t)\ — e < \ f ( t ) K \ x n{t)\ + e,
где е > 0 — заданное |
число |
и где |
п ^ |
п0, причем п0 зависит |
лишь от е. Стало быть, имеем |
|
|
|
|
sup |
|/(/) | = |
lim И |
И*, = |
||/IL. |
|
|
oo |
|
|
Следовательно, полунорма ||я||«,, определенная на Е, про должается в 9?°°.
Наконец, |
очевидно, что Е°° есть банахово пространство. |
В итоге получаем теорему. |
|
Т е о р е м а |
1. Пусть Е — пространство Рисса числовых |
функций, наделенное положительной мерой ц и полунормой, определяемой при помощи у-максимума. Пространство S x , состоящее из числовых функций, являющихся почти всюду рав номерными пределами функций из Е, есть пополнение про
странства Е.
З а м е ч а н и е . Мера р, вообще говоря, не продолжается в S ’00-, в самом деле, если Е — пространство непрерывных функ ций с компактным носителем, определенных на локально ком пактном пространстве, и S°° введено по определению стр. 426, то (см. стр. 404) равномерный предел последовательности не прерывных функций в общем случае не будет интегрируемым.
2. Неравенство Гёльдера. Пусть |
S 1 и S°° построены исходя |
|||
из одного и того |
же пространства |
Рисса |
Е числовых функций |
|
и положительной |
меры р, заданной на Е |
(а значит, |
и на S ’1). |
|
Кроме того, предположим, что если и е £ |
и г / е £ , |
то х г/е £. |
||
Имеем I ху K I |x ||J У I и р (| ху I X I U I k p (| у |), |
или |