# 实分析笔记

实分析笔记

1.Lebesgue 积分的极限理论

1.1 Beppo Levi 定理

Beppo Levi 定理: 设 E \subset \mathbb{R}^d 是 Lebesgue 可测集, f_n, n\in \mathbb{N}E 上的非负递增的可测函数列, 且
\lim_{n \to \infty}f_n(x)=f(x),a.e. x \in E

\lim_{n \to \infty}\int_{E}f_{n}dm=\int_{E}\lim_{n \to \infty}f_{n}dm.
注: Beppo Levi was an Italian mathematician who wrote articles on logic, differential equations, complex variable, as well as on the border between analysis and physics.

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1.2 Lebesgue 控制收敛

Lebesgue 逐项积分定理: 设 E \subset \mathbb{R}^d 是 Lebesgue 可测集, f_n, n\in \mathbb{N}E 上的非负的可测函数列,则
\int_{E}\sum_{n=1}^{\infty}f_{n}dm=\sum_{n=1}^{\infty}\int_{E}f_{n}dm
Lebesgue 控制收敛定理: 设 E \subset \mathbb{R}^d 是 Lebesgue 可测集, f, f_n, n\in \mathbb{N}E 上的可测函数列, 如果

  • E 存在Lebesgue 可积函数, 使得 |f_n(x)|\leq F(x),a.e. x \in E, \forall n \in \mathbb{N}.
  • \lim_{n \to \infty }f_{n}(x)=f(x),a.e. x \in E.

f, f_n, n\in \mathbb{N}E 上是 Lebesgue 可积分的, 且
\lim_{n \to \infty}\int_{E}f_{n}dm=\int_{E}\lim_{n \to \infty}f_{n}dm=\int_{E}fdm

注: Henri-Léon Lebesgue, (born June 28, 1875, Beauvais France—died July 26, 1941, Paris), French mathematician whose generalization of the Riemann integral revolutionized the field of integration

Henri-Léon Lebesgue.jpeg

推论: 设 E \subset \mathbb{R}^d 是 Lebesgue 可测集, 非负函数 fE 上 Lebesgue 可积, E_kE 的一个可测分割, 则
\int_{E}fdm=\sum_{n=1}^{\infty}\int_{E_n}fdm

1.3 Fatou 引理

Fatou 引理: 设 E \subset \mathbb{R}^d 是 Lebesgue 可测集, f_n, n\in \mathbb{N}E 上的非负的可测函数列, 则
\int_{E}\varliminf_{n \to \infty}f_{n}dm \leq \varliminf_{n \to \infty}\int_{E}f_{n}dm.
注: Pierre Joseph Louis Fatou was a French mathematician and astronomer who worked in several branches of analysis.

Pierre Joseph Louis Fatou.jpeg

2. Fubini定理

Tonelli 定理: 设 f\mathbb{R}^{p}\times \mathbb{R}^{q} 上非负 Lebesgue 可测函数, 则

  • 对几乎所有的 x \in \mathbb{R}^{p}, f(x,\cdot)\mathbb{R}^{q} 上的非负Lebesgue 可测函数;
  • \mathbb{R}^{p} 上的函数 F_{f}(x)=\int_{\mathbb{R}^{p}}f(x,y)dy,\forall x \in \mathbb{R}^{p} 是非负Lebesgue 可测的.
  • \int_{\mathbb{R}^{p+q}}f(x,y)dxdy=\int_{\mathbb{R}^{p}}\int_{\mathbb{R}^{q}}f(x,y)dy

注: Leonida Tonelli was an Italian mathematician who worked on the theory of functions and the calculus of variations.

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Fubini 定理: 设 f\mathbb{R}^{p}\times \mathbb{R}^{q} 上Lebesgue 可测函数, 则

  • 对几乎所有的 x \in \mathbb{R}^{p}, f(x,\cdot)\mathbb{R}^{q} 上的Lebesgue 可积函数;
  • \mathbb{R}^{p} 上的函数 F_{f}(x)=\int_{\mathbb{R}^{p}}f(x,y)dy,\forall x \in \mathbb{R}^{p} 是Lebesgue 可积函数.
  • \int_{\mathbb{R}^{p+q}}f(x,y)dxdy=\int_{\mathbb{R}^{p}}\int_{\mathbb{R}^{q}}f(x,y)dy

注: Guido Fubini was an Italian mathematician who worked in many different areas including analysis, the calculus of variations and group theory.

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3 绝对连续

定理: 函数 f[a,b] 上绝对连续的充分必要条件是在 [a,b] 上存在 Lebesgue 可积函数 g 使得
f(x)=\int_{[a,x]}gdm+C
其中 C=f(a),
g(x)=f'(x),a.e. x \in [a,b].

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