2E

Сходимость измеримых функций

[15/100%]
Показать
LaTeX
Задача 2E.1

Пусть XX — конечное множество. Объясните, почему последовательность функций из XX в R\mathbb {R}, поточечно сходящаяся на XX, также сходится на XX равномерно.

?
Задача 2E.2

Приведите пример последовательности функций из N\mathbb {N} в R\mathbb {R}, которая сходится поточечно на N\mathbb {N}, но не сходится равномерно на N\mathbb {N}.

?
Задача 2E.3

Приведите пример последовательности непрерывных функций f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots из [0,1][0,1] в R\mathbb {R}, которая сходится поточечно к функции f:[0,1]→Rf:[0,1] \rightarrow \mathbb {R}, не являющейся ограниченной.

?
Задача 2E.4

Докажите утверждение или приведите контрпример: если A⊆RA \subseteq \mathbb {R} и f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots — последовательность равномерно непрерывных функций из AA в R\mathbb {R}, равномерно сходящаяся к функции f:A→Rf: A \rightarrow \mathbb {R}, то ff равномерно непрерывна на AA.

?
Задача 2E.5

Приведите пример, показывающий, что теорема Егорова может не выполняться без предположения μ(X)<∞\mu (X) < \infty.

?
Задача 2E.6

Пусть (X,S,μ)(X, \mathcal{S}, \mu ) — пространство с мерой, причём μ(X)<∞\mu (X) < \infty. Пусть f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots — последовательность S\mathcal{S}-измеримых функций из XX в R\mathbb {R} такая, что lim⁡k→∞fk(x)=∞\lim_{k \rightarrow \infty } f_{k}(x) = \infty для каждого x∈Xx \in X. Докажите, что для каждого ε>0\varepsilon > 0 существует множество E∈SE \in \mathcal{S} такое, что μ(X\E)<ε\mu (X \backslash E) < \varepsilon и f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots равномерно сходится к ∞\infty на EE (это означает, что для каждого t>0t > 0 существует n∈Nn \in \mathbb {N} такое, что fk(x)>tf_{k}(x) > t для всех целых k≥nk \geq n и всех x∈Ex \in E).

?
Задача 2E.7

Пусть FF — замкнутое ограниченное подмножество R\mathbb {R} и g1,g2,…g_{1}, g_{2}, \ldots — возрастающая последовательность непрерывных вещественнозначных функций на FF (то есть g1(x)≤g2(x)≤⋯g_{1}(x) \leq g_{2}(x) \leq \cdots для всех x∈Fx \in F) такая, что sup⁡{g1(x),g2(x),…}<∞\sup \left\{ g_{1}(x), g_{2}(x), \ldots \right\} < \infty для каждого x∈Fx \in F. Определим вещественнозначную функцию gg на FF формулой

g(x)=lim⁡k→∞gk(x) g(x) = \lim _{k \rightarrow \infty } g_{k}(x)

Докажите, что gg непрерывна на FF тогда и только тогда, когда g1,g2,…g_{1}, g_{2}, \ldots сходится к gg равномерно на FF.

?
Задача 2E.8

Пусть μ\mu — мера на (N,2N)\left(\mathbb {N}, 2^{\mathbb {N}}\right), определённая формулой

μ(E)=∑n∈E12n \mu (E) = \sum _{n \in E} \frac{1}{2^{n}}

Докажите, что для каждого ε>0\varepsilon > 0 существует множество E⊆NE \subseteq \mathbb {N} с μ(N\E)<ε\mu \left(\mathbb {N} \backslash E\right) < \varepsilon такое, что f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots сходится на EE равномерно для любой последовательности функций f1,f2,…f_{1}, f_{2}, \ldots из N\mathbb {N} в R\mathbb {R}, сходящейся поточечно на N\mathbb {N}.

?
Задача 2E.9

Пусть F1,…,FnF_{1}, \ldots , F_{n} — непересекающиеся замкнутые подмножества R\mathbb {R}. Докажите, что если

g:F1∪⋯∪Fn→R g: F_{1} \cup \cdots \cup F_{n} \rightarrow \mathbb {R}

— функция такая, что g∣Fk\left.g\right|_{F_{k}} непрерывна для каждого k∈{1,…,n}k \in \left\{ 1, \ldots , n\right\}, то gg непрерывна.

?
Задача 2E.10

Пусть F⊆RF \subseteq \mathbb {R} таково, что каждую непрерывную функцию из FF в R\mathbb {R} можно продолжить до непрерывной функции из R\mathbb {R} в R\mathbb {R}. Докажите, что FF — замкнутое подмножество R\mathbb {R}.

?
Задача 2E.11

Докажите утверждение или приведите контрпример: если F⊆RF \subseteq \mathbb {R} таково, что каждую ограниченную непрерывную функцию из FF в R\mathbb {R} можно продолжить до непрерывной функции из R\mathbb {R} в R\mathbb {R}, то FF — замкнутое подмножество R\mathbb {R}.

?
Задача 2E.12

Приведите пример борелевски измеримой функции ff из R\mathbb {R} в R\mathbb {R} такой, что не существует множества B⊆RB \subseteq \mathbb {R}, для которого ∣R\B∣=0\left|\mathbb {R} \backslash B\right| = 0 и f∣B\left.f\right|_{B} непрерывна на BB.

?
Задача 2E.13

Докажите утверждение или приведите контрпример: если ft:R→Rf_{t}: \mathbb {R} \rightarrow \mathbb {R} — борелевски измеримая функция для каждого t∈Rt \in \mathbb {R} и функция f:R→(−∞,∞]f: \mathbb {R} \rightarrow (-\infty , \infty ] определена формулой

f(x)=sup⁡{ft(x):t∈R} f(x) = \sup \left\{ f_{t}(x): t \in \mathbb {R}\right\}

то ff борелевски измерима.

?
Задача 2E.14

Пусть b1,b2,…b_{1}, b_{2}, \ldots — последовательность вещественных чисел. Определим f:R→[0,∞]f: \mathbb {R} \rightarrow [0, \infty ] формулой

f(x)={∑k=1∞14k∣x−bk∣ если x∉{b1,b2,…}∞ если x∈{b1,b2,…} f(x) = \begin{cases} \sum _{k = 1}^{\infty } \frac{1}{4^{k}\left|x-b_{k}\right|} & \text{ если } x \notin \left\{ b_{1}, b_{2}, \ldots \right\} \\ \infty & \text{ если } x \in \left\{ b_{1}, b_{2}, \ldots \right\} \end{cases}

Докажите, что ∣{x∈R:f(x)<1}∣=∞\left|\left\{ x \in \mathbb {R}: f(x) < 1\right\} \right| = \infty.

?
Задача 2E.15

Пусть BB — борелевское множество и f:B→Rf: B \rightarrow \mathbb {R} — измеримая по Лебегу функция. Покажите, что существует борелевски измеримая функция g:B→Rg: B \rightarrow \mathbb {R} такая, что

∣{x∈B:g(x)≠f(x)}∣=0 \left|\left\{ x \in B: g(x) \neq f(x)\right\} \right| = 0
?