浅谈学习实变函数的感受
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浅谈学习实变函数的感受
——从Riemann积分到Lebesgue积分张六凤数学与应用数学1210503323
摘要:本文首先介绍了Riemann积分的定义和Riemann积分的缺陷,再介绍了Lebesgue积分的定义。
最后指出了Riemann积分与Lebesgue积分的区别与联系。
发现Riemann积分和Lebesgue积分在各自相应的时期都发挥着巨大的作用.从狭义上看,Lebesgue积分可以看作是Riemann积分的推广,同时. Lebesgue积分的创立是积分发展从近代水平向现代水平升华的一次智力革命,Lebesgue积分不仅扩大了可积函数类,而且还由于它独特的性质,解决了许多古典分析中不能解决的问题,使数学进入了现代分析时代.
关键字:Riemann积分 Lebesgue积分
一、 Riemann 积分
(一)定义
(R )∫f (x )dx =b
a lim |T|∑f (ξ)Δxi N i=1 其中Δxi =x i −x i−1, x i−1≤ξi ≤x i
(二)几何意义
(非负函数):函数下方图形的面积
注意:Riemann 积分与分割T ,介点ξi 无关
(三) Riemann 积分的缺陷
Riemann 积分理论把区间的长度作为测量点集的大小的基础,有界开区间(a, b )的长度即b-a ,根据我们的常识,实数轴上的任意有限多个两两不交的有界开区间的并集的大小,恰是组成它的开区间的长度总和,定义为测度,这个规律就是所谓有限可加性。
如果在实数轴上任意的一个有界的范围内,有无限多个两两不交的有界开区间,他们的并集是不是应该有个大小尺寸即测度,并且这个集的测度应该恰为组成它的所有的开区间的长度的总和呢?从有限可加性到σ –可加性,放映了人们对客观世界的认识从“有限”发展到“可数无限”的提高所以Riemann 的理论还停留在初等水平上,它不承认测度σ-可加性,这是它的本质缺陷。
二、 Lebesgue 积分
(一)定义
设E 是一个勒贝格可测集,()m E <∞,()f x 是定义在E 上的勒贝格可测函数,又设()f x 是有界的,就是说是否存在l 及μ,使得()(,μ)f E l ⊂,在[],μl 中任取一分点组D
10μn l l l l =<<<=
记
11()max()k k k n
D l l -≤≤δ=- 1(())k k k
E E l f x l -=≤<
并任取ζi k E ∈(我们约定,当k E =Φ时,(ζ)()0i k f m E =),作和
1()(ζ)()n
i k k S D f m E ==∑
如果对任意的分法与ζi 的任意取法,当()0D δ→时,()S D 趋于有限的极限,则称它为()f x 在E 上关于勒贝格测度的积分,记作
()E
J f x dx =⎰ 三、 Riemann 积分与Lebesgue 积分的区别与联系
(一)、可积函数的连续性
连续函数是黎曼可积函数,当然也必是勒贝格可积函数,但黎曼可积函数不一定是勒贝格可测函数,那么具备怎样性质的函数是黎曼可积的呢?勒贝格给出了黎曼可积的一个比较好的充要条件:
函数()f x 在[],a b 上黎曼可积的充要条件是()f x 在[],a b 上一切间断点构成一个零测度集.
这说明黎曼可积函数是几乎处处连续的.例如黎曼函数
⎩
⎨⎧>==为无理数,当为互质的整数)当x p q q q p x q x f 0,,0(/,/1)( 这个函数在所有无理点处是连续的,在有理点处是不连续的.虽然在[]0,1中有无穷多个有理点,即黎曼函数在[]0,1上的不连续点有无穷多个,但这个函数在[]0,1上仍是黎曼可积的,且有
1
0()0f x dx =⎰
事实上,[]0,1中的全体有理数组成一个零测度集,所以黎曼函数()f x 是黎曼可积的.
现在再来看勒贝格可积函数具有什么样的性质呢?
设()f x 是可测集(())E R m E ⊂<∞上的连续函数,则()f x 在E 上勒贝格可积的充要条件是()f x 在E 上勒贝格可测.
有限区间上的连续函数是可测函数,对于几乎处处连续的函数,它显然几乎处处等于一个连续函数,而几乎处处等于一个可测函数的函数也可测,所以一个几乎处处连续的函数在有限区间上是可测函数.从这里我们也可以看出黎曼可积函数必是勒贝格可积函数.
(二)积分的可加性[4]
这里所说的可加性,指的是积分区域的可加性.黎曼积分具有有限可加性,
即若1n
i i E E ==
,,(1,2,...,)i E E i n =均为有限区间,i
j E E =Φ(i j ≠)则有 1()()i
n E E f x dx f x dx =∑⎰⎰ 但是黎曼积分不具有可数可加性,对于勒贝格积分,它不仅具有有限可加性,
而且还具有可数可加性,克服了黎曼积分的缺陷
参考文献
[1]李文林.数学史教程[M].北京:高等教育出版社,2002.
[2]刘玉莲等.数学分析[M].北京:高等教育出版社,1992.。