4

Дифференцирование

[34/0%]
Показать
LaTeX
Задача 4.1

Покажите, что в доказательстве теоремы 4.1.1, μ(A3)=0\mu \left(A_{3}\right) = 0, где A3={g∉[0,1]}A_{3} = \left\{ g \notin [0,1]\right\} и gg удовлетворяет (1.9).

?
Задача 4.2

Убедитесь, что μ1s\mu_{1 s}, определённая в (1.14), и μ2\mu_{2} сингулярны.

?
Задача 4.3

Пусть ν\nu — считающая мера на [0,1][0,1], и ∫[0,1]hdν<∞\int_{[0,1]} h d \nu < \infty для некоторой неотрицательной функции hh. Покажите, что B={x:h(x)>0}B = \left\{ x: h(x) > 0\right\} счётно.

?
Задача 4.4

Докажите предложение 4.1.2.

?
Задача 4.5

Найдите разложение Лебега меры μ\mu относительно ν\nu и производную Радона-Никодима dμadν\frac{d \mu_{a}}{d \nu } в следующих случаях, где μa\mu_{a} — абсолютно непрерывная компонента μ\mu относительно ν\nu.

?
(a)

μ=N(0,1),ν=Exponential⁡(1)\mu = N(0,1), \nu = \operatorname {Exponential}(1)

(b)

μ=Exponential⁡(1),ν=N(0,1)\mu = \operatorname {Exponential}(1), \nu = N(0,1)

(c)

μ=μ1+μ2\mu = \mu_{1}+\mu_{2}, где μ1=N(0,1),μ2=Poisson⁡(1)\mu_{1} = N(0,1), \mu_{2} = \operatorname {Poisson}(1) и ν=\nu = Cauchy (0,1)(0,1).

(d)

μ=μ1+μ2,ν=Geometric⁡(p),0<p<1\mu = \mu_{1}+\mu_{2}, \nu = \operatorname {Geometric}(p), 0 < p < 1, где μ1=N(0,1)\mu_{1} = N(0,1) и μ2=\mu_{2} = Poisson(1).

(e)

μ=μ1+μ2,ν=ν1+ν2\mu = \mu_{1}+\mu_{2}, \nu = \nu_{1}+\nu_{2}, где μ1=N(0,1),μ2=Poisson⁡(1)\mu_{1} = N(0,1), \mu_{2} = \operatorname {Poisson}(1), ν1=Cauchy⁡(0,1)\nu_{1} = \operatorname {Cauchy}(0,1) и ν2=Geometric⁡(p),0<p<1\nu_{2} = \operatorname {Geometric}(p), 0 < p < 1.

(f)

μ=Binomial⁡(10,1/2),ν=\mu = \operatorname {Binomial}(10,1 / 2), \nu = Poisson (1).

Меры, упомянутые выше, определены в таблицах 4.6.1 и 4.6.2, приведённых в конце этого раздела.

Задача 4.6

Пусть (Ω,F,μ)(\Omega , \mathcal{F}, \mu ) — пространство с мерой и f∈L1(Ω,F,μ)f \in L^{1}(\Omega , \mathcal{F}, \mu ). Пусть

νf(A)≡∫Afdμ для всех A∈F \nu _{f}(A) \equiv \int _{A} f d \mu \quad \text{ для всех } \quad A \in \mathcal{F}
?
(a)

Покажите, что νf\nu_{f} — конечная знакопеременная мера.

(b)

Покажите, что ∥ν∥=∫Ω∣f∣dμ\left\| \nu \right\| = \int_{\Omega }\left|f\right| d \mu и для A∈F,νf+(A)=∫Af+dμA \in \mathcal{F}, \nu_{f}^{+}(A) = \int_{A} f^{+} d \mu, νf−(A)=∫Afdμ\nu_{f}^{-}(A) = \int_{A} f d \mu, и ∣νf∣(A)=∫A∣f∣(dμ)\left|\nu_{f}\right|(A) = \int_{A}\left|f\right|(d \mu ).

Задача 4.7
?
(a)

Пусть μ1\mu_{1} и μ2\mu_{2} — две конечные меры, такие что обе подчинены σ\sigma-конечной мере ν\nu. Покажите, что мера полной вариации знакопеременной меры μ≡μ1−μ2\mu \equiv \mu_{1}-\mu_{2} задаётся как ∣μ∣(A)=∫A∣h1−h2∣dν\left|\mu \right|(A) = \int_{A}\left|h_{1}-h_{2}\right| d \nu, где для i=1,2,hi=dμidνi = 1,2, h_{i} = \frac{d \mu_{i}}{d \nu }.

(b)

Заключите, что если μ1\mu_{1} и μ2\mu_{2} — две меры на счётном множестве Ω≡{ωi}i≥1\Omega \equiv \left\{ \omega_{i}\right\}_{i \geq 1} с F≡P(Ω)\mathcal{F} \equiv \mathcal{P}(\Omega ), то ∣μ∣(A)=∑i∈A∣μ1(ωi)−μ2(ωi)∣\left|\mu \right|(A) = \sum_{i \in A} \mid \mu_{1}\left(\omega_{i}\right)- \mu_{2}\left(\omega_{i}\right) \mid.

(c)

Покажите, что если μn\mu_{n} — мера Биномиальная (n,pn)\left(n, p_{n}\right), а μ\mu — мера Пуассона(λ)(\lambda ), 0<λ<∞0 < \lambda < \infty, то при n→∞,∣μn−μ∣(⋅)→0n \rightarrow \infty ,\left|\mu_{n}-\mu \right|(\cdot ) \rightarrow 0 равномерно на P(Z+)\mathcal{P}\left(\mathbb {Z}_{+}\right)тогда и только тогда, когда npn→λn p_{n} \rightarrow \lambda. (Указание: покажите, что для каждого i∈Z+≡{0,1,2,…},μn({i})→μ({i})i \in \mathbb {Z}_{+} \equiv \left\{ 0,1,2, \ldots \right\} , \mu_{n}(\left\{ i\right\} ) \rightarrow \mu (\left\{ i\right\} ), и используйте теорему Шеффе.)

Задача 4.8

Пусть ν\nu — конечная знакопеременная мера на измеримом пространстве (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}), и пусть ∣ν∣\left|\nu \right| — мера полной вариации, соответствующая ν\nu. Покажите, что для любого B∈Ω+,B⊂FB \in \Omega^{+}, B \subset \mathcal{F},

∣ν∣(B)=ν(B) |\nu |(B) = \nu (B)

где Ω+\Omega^{+}определено в (2.13).

?
Задача 4.9

Покажите, что банахово пространство S\mathbb {S} конечных знакопеременных мер на (N,P(N))(\mathbb {N}, \mathcal{P}(\mathbb {N})) изоморфно ℓ1\ell_{1}, банахову пространству абсолютно сходящихся последовательностей {xn}n≥1\left\{ x_{n}\right\}_{n \geq 1} в R\mathbb {R}.

?
Задача 4.10

Пусть μ1\mu_{1} и μ2\mu_{2} — две вероятностные меры на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}).

?
(a)

Покажите, что

∥μ1−μ2∥=2sup⁡{∣μ1(A)−μ2(A)∣:A∈F} \left\| \mu _{1}-\mu _{2}\right\| = 2 \sup \left\{ \left|\mu _{1}(A)-\mu _{2}(A)\right|: A \in \mathcal{F}\right\}

(Указание: для любого A∈F,{A,Ac}A \in \mathcal{F},\left\{ A, A^{c}\right\} — разбиение Ω\Omega, и поэтому ∥μ1−μ2∥≥∣μ1(A)−μ2(A)∣+∣μ1(Ac)−μ2(Ac)∣=2∣μ1(A)−μ2(A)∣\left\| \mu_{1}- \mu_{2} \right\| \geq \left|\mu_{1}(A)-\mu_{2}(A)\right|+\left|\mu_{1}\left(A^{c}\right)-\mu_{2}\left(A^{c}\right)\right| = 2\left|\mu_{1}(A)-\mu_{2}(A)\right|, поскольку μ1\mu_{1} и μ2\mu_{2} — вероятностные меры. Для обратного неравенства используйте разложение Хана пространства Ω\Omega относительно μ1−μ2\mu_{1}-\mu_{2} и тот факт, что ∥μ1−μ2∥=∣(μ1−μ2)(Ω+)∣+∣(μ1−μ2)(Ω−)∣\left\| \mu_{1}-\mu_{2}\right\| = \left|\left(\mu_{1}-\mu_{2}\right)\left(\Omega^{+}\right)\right|+\left|\left(\mu_{1}-\mu_{2}\right)\left(\Omega^{-}\right)\right|. ))

(b)

Покажите, что ∥μ1−μ2∥\left\| \mu_{1}-\mu_{2}\right\| также равно

sup⁡{∣∫fdμ1−∫fdμ2∣:f∈B(Ω,R)} \sup \left\{ \left|\int f d \mu _{1}-\int f d \mu _{2}\right|: f \in B(\Omega , \mathbb {R})\right\}

где B(Ω,R)B(\Omega , \mathbb {R}) — совокупность всех F\mathcal{F}-измеримых функций из Ω\Omega в R\mathbb {R}, таких что sup⁡{∣f(ω)∣:ω∈Ω}≤1\sup \left\{ \left|f(\omega )\right|: \omega \in \Omega \right\} \leq 1.

Задача 4.11

Пусть (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}) — измеримое пространство.

?
(a)

Пусть {μn}n≥1\left\{ \mu_{n}\right\}_{n \geq 1} — последовательность конечных мер на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}). Покажите, что существует вероятностная мера λ\lambda, такая что μn≪λ\mu_{n} \ll \lambda. (Указание: рассмотрите λ(⋅)=∑n=1∞12nμn(⋅)μn(Ω).\lambda (\cdot ) = \sum_{n = 1}^{\infty } \frac{1}{2^{n}} \frac{\mu_{n}(\cdot )}{\mu_{n}(\Omega )}.)

(b)

Распространите (a) на случай, когда {μn}n≥1\left\{ \mu_{n}\right\}_{n \geq 1} σ\sigma-конечны.

(c)

Заключите, что для любой последовательности {νn}n≥1\left\{ \nu_{n}\right\}_{n \geq 1} конечных знакопеременных мер на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}), существует вероятностная мера λ\lambda, такая что ∣νn∣≪λ\left|\nu_{n}\right| \ll \lambda для всех n≥1n \geq 1.

Задача 4.12

Пусть {μn}n≥1\left\{ \mu_{n}\right\}_{n \geq 1} — последовательность конечных мер на измеримом пространстве (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}). Покажите, что существует конечная мера μ\mu на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}), такая что ∥μn−μ∥→0\left\| \mu_{n}-\mu \right\| \rightarrow 0, тогда и только тогда, когда существует конечная мера λ\lambda, доминирующая μ\mu и μn\mu_{n}, n≥1n \geq 1, такая что производные Радона-Никодима fn≡dμndλ→f≡dμdλf_{n} \equiv \frac{d \mu_{n}}{d \lambda } \rightarrow f \equiv \frac{d \mu }{d \lambda } по мере на (Ω,F,λ)(\Omega , \mathcal{F}, \lambda ) и μn(Ω)→μ(Ω)\mu_{n}(\Omega ) \rightarrow \mu (\Omega ).

?
Задача 4.13
?
(a)

Пусть μ1\mu_{1} и μ2\mu_{2} — две конечные меры на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}). Пусть μ1=μ1a+μ1s\mu_{1} = \mu_{1 a}+ \mu_{1 s} — разложение Лебега-Радона-Никодима μ1\mu_{1} относительно μ2\mu_{2}, как в теореме 4.1.1. Покажите, что если μ=μ1−μ2\mu = \mu_{1}-\mu_{2}, то для всех A∈FA \in \mathcal{F},

∣μ∣(A)=∫A∣h−1∣dμ2+μ1s(A) где h=dμ1adμ2 |\mu |(A) = \int _{A}|h-1| d \mu _{2}+\mu _{1 s}(A) \quad \text{ где } \quad h = \frac{d \mu _{1 a}}{d \mu _{2}}

— производная Радона-Никодима μ1a\mu_{1 a} относительно μ2\mu_{2}. Заключите, что если μ1⊥μ2\mu_{1} \perp \mu_{2}, то ∣μ∣(⋅)=μ1(⋅)+μ2(⋅)\left|\mu \right|(\cdot ) = \mu_{1}(\cdot )+\mu_{2}(\cdot ), а если μ1≪μ2\mu_{1} \ll \mu_{2}, то ∣μ∣(A)=∫A∣dμ1dμ2−1∣dμ2\left|\mu \right|(A) = \int_{A}\left|\frac{d \mu_{1}}{d \mu_{2}}-1\right| d \mu_{2}.

(b)

Вычислите ∣μ∣(⋅),∥μ∥\left|\mu \right|(\cdot ),\left\| \mu \right\|, если μ=μ1−μ2\mu = \mu_{1}-\mu_{2} для следующих случаев

(i) μ1=N(0,1),μ2=N(1,1)\mu_{1} = N(0,1), \mu_{2} = N(1,1)

(ii) μ1=\mu_{1} = Cauchy (0,1),μ2=N(0,1)(0,1), \mu_{2} = N(0,1)

(iii) μ1=N(0,1),μ2=Poisson⁡(λ)\mu_{1} = N(0,1), \mu_{2} = \operatorname {Poisson}(\lambda ).

(c)

Установите предложение 4.2.7.

Задача 4.14

Приведите другое доказательство полноты (S,∥⋅∥)(\mathbb {S},\left\| \cdot \right\| ), проверив следующие шаги.

?
(a)

Для любой последовательности {νn}n≥1\left\{ \nu_{n}\right\}_{n \geq 1} в S\mathbb {S}, существуют конечная мера λ\lambda и {fn}n≥1⊂L1(Ω,F,λ)\left\{ f_{n}\right\}_{n \geq 1} \subset L^{1}(\Omega , \mathcal{F}, \lambda ), такие что

νn(A)=∫Afndλ для всех A∈F, для всех n≥1 \nu _{n}(A) = \int _{A} f_{n} d \lambda \quad \text{ для всех } \quad A \in \mathcal{F}, \quad \text{ для всех } \quad n \geq 1
(b)

{νn}n≥1\left\{ \nu_{n}\right\}_{n \geq 1} фундаментальна в S\mathbb {S} равносильно тому, что {fn}n≥1\left\{ f_{n}\right\}_{n \geq 1} фундаментальна в L1(Ω,F,λ)L^{1}(\Omega , \mathcal{F}, \lambda ), и, следовательно, полнота (S,∥⋅∥)(\mathbb {S},\left\| \cdot \right\| ) следует из полноты L1(Ω,F,λ)L^{1}(\Omega , \mathcal{F}, \lambda ).

Задача 4.15

Пусть f,g∈BV[a,b]f, g \in B V[a, b].

?
(a)

Покажите, что P(f+g;[a,b])≤P(f;[a,b])+P(g;[a,b])P(f+g ;[a, b]) \leq P(f ;[a, b])+P(g ;[a, b]), и что то же верно для N(⋅;⋅)N(\cdot ; \cdot ) и T(⋅;⋅)T(\cdot ; \cdot ).

(b)

Покажите, что для любого c∈Rc \in \mathbb {R},

P(cf;[a,b])=∣c∣P(f;[a,b]) P(c f ;[a, b]) = \left|c\right| P(f ;[a, b])

и то же для N(⋅;⋅)N(\cdot ; \cdot ) и T(⋅;⋅)T(\cdot ; \cdot ).

(c)

Для любого a<c<b,P(f;[a,b])=P(f;[a,c])+P(f;[c,b])a < c < b, P(f ;[a, b]) = P(f ;[a, c])+P(f ;[c, b]).

Задача 4.16

Пусть {fn}n≥1⊂BV[a,b]\left\{ f_{n}\right\}_{n \geq 1} \subset B V[a, b] и пусть lim⁡nfn(x)=f(x)\lim_{n} f_{n}(x) = f(x) для всех xx в [a,b][a, b]. Покажите, что P(f;[a,b])≤lim⁡n→∞P(fn;[a,b])P(f ;[a, b]) \leq \lim_{n \rightarrow \infty } P\left(f_{n} ;[a, b]\right), и то же для N(⋅;⋅)N(\cdot ; \cdot ) и T(⋅;⋅)T(\cdot ; \cdot ).

?
Задача 4.17

Пусть f∈BV[a,b]f \in B V[a, b]. Покажите, что ff непрерывна всюду, кроме не более чем счётного множества.

?
Задача 4.18

Пусть F:[a,b]→RF:[a, b] \rightarrow \mathbb {R} абсолютно непрерывна. Покажите, что она имеет ограниченную вариацию.

?
Задача 4.19

Пусть FF — абсолютно непрерывная неубывающая функция на R\mathbb {R}. Пусть μF\mu_{F} — мера Лебега-Стилтьеса, соответствующая FF. Покажите, что для любой h∈L1(R,MμF,μF)h \in L^{1}\left(\mathbb {R}, \mathcal{M}_{\mu_{F}}, \mu_{F}\right),

∫RhdμF=∫hfdm \int _{\mathbb {R}} h d \mu _{F} = \int h f d m

где ff — неотрицательная измеримая функция, такая что F(b)−F(a)=∫[a,b]fdmF(b)-F(a) = \int_{[a, b]} f d m для любых a<ba < b.

?
Задача 4.20

Пусть F:[a,b]→RF:[a, b] \rightarrow \mathbb {R} абсолютно непрерывна с F′(⋅)>0F^{\prime }(\cdot ) > 0 п.в. на [a,b][a, b], где −∞<a<b<∞-\infty < a < b < \infty. Пусть F(a)=cF(a) = c и F(b)=dF(b) = d. Пусть m(⋅)m(\cdot ) обозначает меру Лебега на R\mathbb {R}. Покажите следующее:

?
(a)

(Формула замены переменных). Для любой g:[c,d]→Rg:[c, d] \rightarrow \mathbb {R}, борелевски измеримой и интегрируемой относительно mm

∫[c,d]gdm=∫[a,b]g(F)F′dm \int _{[c, d]} g d m = \int _{[a, b]} g(F) F^{\prime } d m
(b)

Для любого борелевского множества E⊂[a,b],F(E)E \subset [a, b], F(E) также является борелевским множеством.

(c)

ν(⋅)≡m(F(⋅))\nu (\cdot ) \equiv m(F(\cdot )) — мера на B([a,b])\mathcal{B}([a, b]), и ν≪m\nu \ll m, причём

dνdm(⋅)=F′(⋅) \frac{d \nu }{d m}(\cdot ) = F^{\prime }(\cdot )
(d)

λ(⋅)≡mF−1(⋅)\lambda (\cdot ) \equiv m F^{-1}(\cdot ) — мера на B([c,d])\mathcal{B}([c, d]), и λ≪m\lambda \ll m, причём

dλdm(⋅)=(F′(F−1(⋅)))−1 \frac{d \lambda }{d m}(\cdot ) = \left(F^{\prime }\left(F^{-1}(\cdot )\right)\right)^{-1}
(e)

Для любой меры μ≪m\mu \ll m на B([a,b])\mathcal{B}([a, b]) мера ψ(⋅)≡μF−1(⋅)\psi (\cdot ) \equiv \mu F^{-1}(\cdot ) подчинена mm, причём

dψdm=dμdm(F−1(⋅))(F′(F−1(⋅)))−1 \frac{d \psi }{d m} = \frac{d \mu }{d m}\left(F^{-1}(\cdot )\right)\left(F^{\prime }\left(F^{-1}(\cdot )\right)\right)^{-1}
(f)

Установите (a), предполагая, что gg и F′F^{\prime } обе непрерывны, отметив, что оба интеграла сводятся к интегралам Римана.

Задача 4.21

Пусть F:R→RF: \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} абсолютно непрерывна на каждом конечном интервале.

?
(a)

Покажите, что ff в (4.1) можно выбрать независимо от интервала [a,b][a, b].

(b)

Более того, если ff интегрируема на R\mathbb {R}, то lim⁡x→−∞F(x)≡F(−∞)\lim_{x \rightarrow -\infty } F(x) \equiv F(-\infty ) и lim⁡x→∞F(x)≡F(∞)\lim_{x \rightarrow \infty } F(x) \equiv F(\infty ) существуют, и F(x)=F(−∞)+∫(−∞,x)fdμLF(x) = F(-\infty )+ \int_{(-\infty , x)} f d \mu_{L} для всех xx в R\mathbb {R}.

(c)

Приведите пример, когда F:R→RF: \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} абсолютно непрерывна, но ff не интегрируема на R\mathbb {R}.

Задача 4.22

Пусть F:R→RF: \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} абсолютно непрерывна на ограниченных интервалах. Пусть {Ij=1≤j≤k≤∞}\left\{ I_{j} = 1 \leq j \leq k \leq \infty \right\} — набор непересекающихся интервалов, таких что ⋃j=1kIj≡R\bigcup_{j = 1}^{k} I_{j} \equiv \mathbb {R}, и на каждом Ij,F′(⋅)>0I_{j}, F^{\prime }(\cdot ) > 0 п.в. или F′(⋅)<0F^{\prime }(\cdot ) < 0 п.в. относительно mm.

?
(a)

Покажите, что для любой h∈L1(R,m)h \in L^{1}(\mathbb {R}, m),

∫Rhdm=∫Rh(F(⋅))∣F′(⋅)∣dm. \int _{\mathbb {R}} h d m = \int _{\mathbb {R}} h(F(\cdot ))\left|F^{\prime }(\cdot )\right| d m.
(b)

Покажите, что если μ\mu — мера на (R,B(R))(\mathbb {R}, \mathcal{B}(\mathbb {R})), подчинённая mm, то мера μF−1(⋅)\mu F^{-1}(\cdot ) также подчинена mm, и

dμF−1dm(y)=∑xj∈D(y)f(xj)∣F′(xj)∣ \frac{d \mu F^{-1}}{d m}(y) = \sum _{x_{j} \in D(y)} \frac{f\left(x_{j}\right)}{\left|F^{\prime }\left(x_{j}\right)\right|}

где f(⋅)=dμdmf(\cdot ) = \frac{d \mu }{d m} и D(y)={xj:xj∈Ij,F(xj)=y}D(y) = \left\{ x_{j}: x_{j} \in I_{j}, F\left(x_{j}\right) = y\right\}.

(c)

Пусть μ\mu — мера N(0,1)N(0,1) на (R,B(R))(\mathbb {R}, \mathcal{B}(\mathbb {R})), то есть

dμdm(x)=12ne−x22,−∞<x<∞ \frac{d \mu }{d m}(x) = \frac{1}{\sqrt{2 n}} e^{-\frac{x^{2}}{2}},-\infty < x < \infty

Пусть F(x)=x2F(x) = x^{2}. Найдите dμF−1dm\frac{d \mu F^{-1}}{d m}.

Задача 4.23

Пусть f:R→Rf: \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} интегрируема относительно mm на ограниченных интервалах. Покажите, что для почти всех x0x_{0} в R\mathbb {R} (относительно mm),

lim⁡a↑x0b↓x01(b−a)∫ab∣f(x)−f(x0)∣dx=0. \lim _{\substack {a \uparrow x_{0} \\ b \downarrow x_{0}}} \frac{1}{(b-a)} \int _{a}^{b}\left|f(x)-f\left(x_{0}\right)\right| d x = 0.
?
Задача 4.24

Используя указание к предыдущей задаче, установите теорему 4.4.5.

?
Задача 4.25

Пусть (Ω,B)(\Omega , \mathcal{B}) — измеримое пространство. Пусть {μn}n≥1\left\{ \mu_{n}\right\}_{n \geq 1} и μ\mu — σ\sigma-конечные меры на (Ω,B)(\Omega , \mathcal{B}). Пусть для каждого n≥1,μn=μna+μnsn \geq 1, \mu_{n} = \mu_{n a}+\mu_{n s} — разложение Лебега μn\mu_{n} относительно μ\mu, с μna≪μ\mu_{n a} \ll \mu и μns⊥μ\mu_{n s} \perp \mu. Пусть λ=∑n≥1μn,λa=∑n≥1μna,λs=∑n≥1μns\lambda = \sum_{n \geq 1} \mu_{n}, \lambda_{a} = \sum_{n \geq 1} \mu_{n a}, \lambda_{s} = \sum_{n \geq 1} \mu_{n s}. Покажите, что λa≪μ\lambda_{a} \ll \mu и λs⊥μ\lambda_{s} \perp \mu, и что λ=λa+λs\lambda = \lambda_{a}+\lambda_{s} — разложение Лебега λ\lambda относительно μ\mu.

?
Задача 4.26

Пусть {μn}n≥1\left\{ \mu_{n}\right\}_{n \geq 1} — меры Радона на (Rk,B(Rk))\left(\mathbb {R}^{k}, \mathcal{B}\left(\mathbb {R}^{k}\right)\right), и пусть mm — мера Лебега на Rk\mathbb {R}^{k}. Покажите, что если λ=∑n=1∞μn\lambda = \sum_{n = 1}^{\infty } \mu_{n} также является мерой Радона, то

Dλ=∑n=1∞Dμn п.в. (m) D \lambda = \sum _{n = 1}^{\infty } D \mu _{n} \quad \text{ п.в. } \quad (m)
?
Задача 4.27

Пусть Fn,n≥1F_{n}, n \geq 1 — последовательность неубывающих функций из R→R\mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R}. Пусть F(x)=∑n≥1Fn(x)<∞F(x) = \sum_{n \geq 1} F_{n}(x) < \infty для всех x∈Rx \in \mathbb {R}. Покажите, что F(⋅)F(\cdot ) неубывает, и

F′(⋅)=∑n≥1Fn′(⋅) п.в. (m) F^{\prime }(\cdot ) = \sum _{n \geq 1} F_{n}^{\prime }(\cdot ) \quad \text{ п.в. } \quad (m)
?
Задача 4.28

Пусть EE — измеримое по Лебегу множество в R\mathbb {R}. Метрическая плотность EE в точке xx определяется как

DE(x)≡lim⁡δ↓0m(E∩(x−δ,x+δ))2δ D_{E}(x) \equiv \lim _{\delta \downarrow 0} \frac{m(E \cap (x-\delta , x+\delta ))}{2 \delta }

если этот предел существует. Покажите, что DE(⋅)=IE(⋅)D_{E}(\cdot ) = I_{E}(\cdot ) п.в. mm.

?
Задача 4.29

Пусть F,G:[a,b]→RF, G:[a, b] \rightarrow \mathbb {R} обе абсолютно непрерывны. Покажите, что H=FGH = F G также абсолютно непрерывна на [a,b][a, b], и что

∫[a,b]FdG+∫[a,b]GdF=F(b)G(b)−F(a)G(a). \int _{[a, b]} F d G+\int _{[a, b]} G d F = F(b) G(b)-F(a) G(a).
?
Задача 4.30

Пусть (Ω,F,μ)(\Omega , \mathcal{F}, \mu ) — конечное пространство с мерой. Зафиксируем 1≤p<∞1 \leq p < \infty. Пусть TT : Lp(μ)→RL^{p}(\mu ) \rightarrow \mathbb {R} — ограниченный линейный функционал, определённый в (3.2.10) (ср. раздел 3.2). Завершите следующий план доказательства теоремы 3.2.3 (теорема Рисса о представлении).

?
(a)

Пусть ν(A)≡T(IA),A∈F\nu (A) \equiv T\left(I_{A}\right), A \in \mathcal{F}. Убедитесь, что ν(⋅)\nu (\cdot ) — знакопеременная мера на (Ω,F)(\Omega , \mathcal{F}).

(b)

Убедитесь, что ∣ν∣≪μ\left|\nu \right| \ll \mu.

(c)

Пусть g≡dνdμg \equiv \frac{d \nu }{d \mu }. Покажите, что g∈Lq(μ)g \in L^{q}(\mu ), где q=pp−1,1<p<∞q = \frac{p}{p-1}, 1 < p < \infty, и q=∞q = \infty, если p=1p = 1.

(d)

Покажите, что T=TgT = T_{g}.

Задача 4.31

Докажите теорему 4.5.2 и следствие 4.5.3.

?
Задача 4.32

Для 0<α<10 < \alpha < 1, постройте канторовское множество CαC_{\alpha }, как описано в замечании 4.5.1.

?
Задача 4.33

Покажите, что канторова тернарная функция может быть выражена как в (5.5).

?
Задача 4.34

Пусть (Ω,F,μ)(\Omega , \mathcal{F}, \mu ) — σ\sigma-конечное пространство с мерой.

?
(a)

Пусть G\mathcal{G} — σ\sigma-алгебра ⊂F\subset \mathcal{F}. Пусть f:Ω→R+f: \Omega \rightarrow \mathbb {R}_{+}— ⟨F,B(R)⟩\langle \mathcal{F}, \mathcal{B}(\mathbb {R})\rangle-измеримая функция. Покажите, что существует g:Ω→R+g: \Omega \rightarrow \mathbb {R}_{+}, которая ⟨G,B(R)⟩\langle \mathcal{G}, \mathcal{B}(\mathbb {R})\rangle-измерима, и ν(A)≡∫Afdμ=∫Agdμ\nu (A) \equiv \int_{A} f d \mu = \int_{A} g d \mu для всех AA в G\mathcal{G}. (Указание: примените теорему 4.1.1 (b) к мерам ν\nu и μ\mu, ограниченным на G\mathcal{G}. Когда μ\mu — вероятностная мера, gg называется условным математическим ожиданием ff при условии G\mathcal{G} (ср. главу 12).)

(b)

Теперь предположим, что G=σ⟨{Ai}i≥1⟩\mathcal{G} = \sigma \left\langle \left\{ A_{i}\right\}_{i \geq 1}\right\rangle, где {Ai}i≥1\left\{ A_{i}\right\}_{i \geq 1} — разбиение Ω⊂F\Omega \subset \mathcal{F}. Определите g(⋅)g(\cdot ) явно на каждом AiA_{i}, таком что 0<μ(Ai)<∞0 < \mu \left(A_{i}\right) < \infty.