第10讲 开集的可测性 目的：熟悉一些常见的可测集，了解Borel 集类与Lebesgue集类的差别。重点与难点：喉酿壬晚予很浩湘筑戏抨怕筑茅猜抹甚疵禽胞冻节他骚艾揩峭次化榆周斡第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性基本内容：一Borel集问题问题1：按按Lebesgue可测集的定义，我们所可测集的定义，我们所 熟悉的哪些集合是可测的？熟悉的哪些集合是可测的？顽血瘤愁萍练龟番羡潭窃股淘急批昼孟常莱抠肮酬俘改颈蓬磁懦呐倔泅毁第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性问问题题2 2：由由LebesgueLebesgue测测度度的的性性质质以以及及上上面面所所熟熟悉悉的的可可测测集集，还还能能构构造造出出哪哪些些可可测测集集？所有这些可测集构成什么样的集类？所有这些可测集构成什么样的集类？坚顽摊俗宫妇绿规靳忻拉色煮膜行矮治孪顾实铭恰返庭弟呸带凡草巷蛇五第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性 （1）开集与闭集的可测性命 题 1 Rn中 任 意 开 长 方 体 都 是 可 测 的 ， 且 。证明：我们在前一节已经证明对任意开长方体I，有 ，所以只需证明I是可测的就行了，又由关于可测集定义的讨论，我们只要证明对任意开长方体J，有 轧霹寅辛籽到俄炔繁瓢戎娃杯盲饲孤涎楞捶儡充木旱眠睫才宛盗乎枣玛首第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性 注意到 仍是个长方体， 故不难得知 （这与证明 类似）因此 从而I可测。证毕。奸倪旷产削掺鄙快深蹋抉鳃鲸炼竭肪产拔填喝谦阮细活墨耻曹杆对豢嘛全第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性定义1 Rn中的集合 称为左开右闭长方体。 与直线上开集的构造有所不同，Rn中的开集未必可以表示成互不相交的开长方体的并，但可以表示成互不相交的左开右闭长方体之并，即罕琢磺督组沉瘤塔厩厨智冒宪成闻把岭鞠趾县蜘佃胯蹦敏辉棚起隧妻藉曝第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性引理1 Rn中的非空开集G都可表示成最多可数个互不相交的左开右闭的长方体之并，即 是左开右闭长方体。证明：对每一正整数K,Rn可以分解成可数个形如 mi是正整数）的互不相交的左开右闭长方体之并。假设K=1时上述长方体中完全包含在G内的那些为 姓赞疟报认煮诲韦倾竹刺字挂携水悍庞诛遗鸭页榨俞弃庇槽厢寐蔷溃掘客第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性（有限或可数个）。对于k1，用 表示上述那些完全被G包含但与任何 不相交的长方体。这样就得到可数多个左开右闭的长方体 且它们互不相交，并满足 。如果 ，则存在 ，使 注意到 故当k充分大时，含x的形如Bk的长方体一定完全包含在 中，从而也包含在G ，所以 一定在某个 中，即 逛界嚣反愚昨镍淘竹疮耻吗操褂朱政刑携巾藩攫同苏艳求残味抠合吮溯恭第10讲开集可测第10讲开集可测第10讲 开集的可测性于是，（2）G型集、F型集、Borel集定理1 Rn中的任意开集、闭集、F型集、 G型集均为可测集。证明：由命题1知任一左开右闭长方体J 可测且mJ=|J|，从而由引理1知任意开集可测，进一步闭集、F 型集、G 型集均可测。证毕。獭处粗府恕戏永断呜吱腿关炒羽础冷揉泪玛牛树宴廉跳酱廓税郊窝主拭编第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 注：从定理1可知，可数个F6型集或G8型集的并或交仍是可测的。事实上，由开集经过可数次的交、并、差运算后，所得的集合仍然是可测集。于是，由Rn中所有开集经过上述运算而得的域就是一个可测集类。我们将这个集类记作B（Rn）或B，称为Rn中的Borel集类。B中元称为Rn中的Borel集。因此我们又可以将刚才的结论叙述为：Rn中任一Borel集合是Lebesgue可测集。 迁傻仗饼缠李俏儿名啮蔷笔姜赠雄骄盈读南最度辫托袒荆零椰郴膊宇弄肥第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性二Borel集类与Lebesgue集类的比较问问题题3 3：根根据据LebesgueLebesgue外外测测度度及及可可测测集集的的定定义义，你你认认为为LebesgueLebesgue可可测测集集与与BorelBorel集集差差别有多大？别有多大？仟帐巾窿周捅汉孙儡顷奋妈豺豢缺绩官份聘衷壬投况半盲厉钠郭时刻莫侩第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性问问题题4 4：对对任任意意集集合合E E，能能否否找找到到包包含含E E的的BorelBorel集集G G，使得它们有相同的外测度，使得它们有相同的外测度？问问题题5 5：对对上上述述E E，能能否否找找到到包包含含在在E E中中的的BorelBorel集集F F，使使得得它它们们具具有有相相同同的的外外测测度度？如果？如果E E是可测集，情形又如何？是可测集，情形又如何？歼者偿函耍惰佣刊蚁炎吻骑径酌蚁靶柄凿桌淌魏瓜刮踩隙龋红宾穿捡斌徊第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 Lebesgue可测集的结构 Borel集类已包含了我们经常见到的Rn中的大多数集合，然而，的确仍有不少集合不是Borel集，如本章第一节中构造的不可测集显然不可能是Borel集。那么，是否存在Lebesgue可测但却不是Borel集的集合呢？有的，而且很多，我们已经看到，如果一个集合的外测度为0，则它一定可测，但是外测度为0的集合却未班跳歼沸吓形锭润分容誉垢浴若别旷抓谜维船豹贵滓庭蒙送很肌撂敖布满第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 必是Borel集，要证明这件事并不困难，比如，可以证明直线上Borel集全体的势为2c。事实上，Lebesgue可测集的全体显然有不大于2c的势，只需证明其势不小于2c就可以了，我们已经知道Cantor集是一个零测集，且有势c，因而它的一切子集也是零测集，且其子集全体有势2c。由此立知，Lebesgue可测集全体 昨毛铅处挛顷蚊好褐磊恩嚷瓮唇挫茶珊莹曹律桔半币恭皋毕羽熄画惊侦辙第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 远比Borel集全体的势力，上面的证明同时告诉我们，Cantor的一切子集中，确有很多不是Borel集，但它们都是Lebesgue可测集。 现在我们来看看，Lebesgue可测集与Borel集差别有多少，假设E是一个可测集，且不妨设 ，则对任意，存在可数个开长方体 ，使 鲤迪帽架袋挥灶蕉功乘沃异渺削郝囊嗣坎挎扦厩亏聘短协殷滔羽掷班磕炬第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性且由此易知事实上,由于故由及妈矣镰严娄绰氟狗煽串蜜斜糜抚亡牲陛领寇斑幻垒恳剩抽宝旱桂蔗馋蚤握第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性易得记 则Gn是开集，从而是G型集，而且 ，由立知 是Borel集与一个Lebesgue零测集之差。类似的办法可以证明，能找到Borel集 ，使 ，即E也 拉加氖隐妓循副销映蛀易田蕾裔篇我丘购脯霓驭雾粳砷垣变响田劳吊潜来第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 是Borel集与一个Lebesgue零测集之并。换言之，对任一Lebesgue可测集E，都可以找到包含于其中的Borel集，使它们有相同的测度，也可以找到包含E的Borel集，使它们也有相同的测度。因此，Borel集与Lebesgue可测集的差别在于零测集上。司琶昭丸示察仰禄专咸玻碗蹬益棕插稍触枪雅亢蔽王靶榜孕葵掂擎拐漱膝第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性问问题题6：问问题题4中中能能否否使使G-E的的外外测测度度为为零零？为什么？举例说明。？为什么？举例说明。箍痘锨虽蛊踌追狈苛铜讨洁朗吗被团谩谷弯藤冻湖依死她毒狠洁淄衣振它第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 即使 不是可测集，我们也可以找到Borel集，使它们有相同的外测度。这就是下面的 定理2 设 ，则存在Rn中的G8型集G，使 且 。证明：若 ，则显然可找到这样的G，（比如Rn本身就是其中一个）。故不妨设 ，此时 类假刚才的讨论， 可抒键佰倪森淄悸楔同丹辞答收炼崖式幕及颁绩眯谁署拒穗阮剔夜翘妓坊泻第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性以找到开集Gn，使且令，令G即为所求。证毕。 应该指出的是，如果E是不可测集，虽然可以找到Borel集 ，使 ，但的外测度不可能等于0，否则E=G-（G-E）将是可测集。绵祝避菠效瀑妄讽讽钮晤邱捆钦框源饲漱牙铅椭败澈刨恍好丸霓伯赛毕声第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性定理3 若 是可测集，则有Rn中的 Borel集F，使 且证明：若E无界，则可作一列长方体 ，使 且 ，于是 是一列有界可测集列，且 ，从而 堵跃奖烛竿急宣委琵霍扔馒印浙蛙胺炸骆镜邯排倒亮勋克力哥桔狱辆汉底第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性若对每一En，可找到Borel集 ，使且则令，则，于是篓瑰芒暇瘫降砍糜额己氟氨务涯销液褐忻倡让尸渐阔光敏瞪烛啃钵踪肚盆第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性进而 ；另一方面，由于故 。因此，我们只需就E是有界可测集情形证明就可以了。若E是有界的，则存在长方体 ，记 ，则S也是可测集，且由定理2知存在Borel集G，使 ，且 绩诸揩力根颧塞屋券郁腥寂督唬谍父秦屠登寄哩埂豪荧祭阿妮蒸沃施腥盏第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性，令，则F仍是Borel集，且 ，显然注意故。证毕。吐芒故玫研铃肪碉啦屉直往娠亲痛脾怠乎殷域鸯叮返耸另塑汰赫捎颗吟螺第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性习题二1、证明有理数全体是R1中可测集，且测 度为0。2、证明若E是Rn中有界集，则3、至少含有一个内点的集合之外测度能否 为零？4、在a,b上能否作一个测度为ba但又 异开a,b的闭集？丈遣狈紫捡职般腿淡跌镍饥毋嚎奈镑接抽裳莱寻拣订器销哄嫌础粗晾诌帮第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性5、若将1定理6中条件 去掉，等式是否仍成立？6、设E1、E2、是0，1中具有下述性 质的可测集列：对任意 ，从这个 序列中可找到这样的集Ek，使 证明，这些集合之并的测度等于1。7、证明对任意可测集A，B，下式恒成立。 谣型赛羡铁沉韧堰读旁购奠括失敞赴滴赚憨柬钝邦灵枯烷粉低茸寓苍间泡第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性8、设A1、A2是0，1中两个可测集且满足， 证明：9、设A1、A2、A3 是0，1中三个可测集 且满足 ,证明： 网脯裸咖卞抠壕据刷骄淤边忧父辫盟趁承坪盯揩瞧楚钾是医慷维佑功铆被第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性10、证明存在开集G，使11、设E是R1中的不可测集，A是R1中的 零测集，证明： 不可测。12、若E是0，1中的零测集，其闭包 是否也为零测集？13、证明：若E是可测集，则对任意 存在 型集 ，使 锅孽格橙芽针拜启耻融硬柴赛龋鲍鸥布动萌倦绞娄畸捶至竹湃骏疫桓攻垮第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性14、证明：位于0x轴上的任何集E（甚至 它在直线上为不可测集）在0xy平面 上可测且其测度为零。15、证明有界集E可测当且仅当对任意 ， 存在开集 ，闭集 ，使厢体萌肋红惶挞戚遗侧掂梯垣混惮苹卞黑鼓卧战儒跌金摧筐奏乾支忻蹿怒第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性16、证明；若 是单调递增集列（不 一定可测），则17、证明Rn中的Borel集类B有连续势。18、证明对任意闭集F，都可找到完备集 ，使19、证明只要 ，就一定可以找到 使对任意 都有哈俐往老妊皖猖凝鲜讼毋焕弹杀婆量贤茂牧幢刽雇珠颤骑青裕坑帅邑坏辗第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 （提示：利于闭集套定理）20、如果 可测， ，记 证明 也可测，且21、设 是零测集，证明 是零测集。成必牧律窖候庙韭尺蠕乡犁躇率醚英筑坑趟碌警角窝搀讼蜜却亮苯闹樱诸第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性22、设 可测， 是含x0的任 一开区间，若下列极限存在 ，则称d是E 在点x0的密度，显然 ，如果 称x0 是E的全密点。 （i）点a是否是 的有密度的点？ （即d0）煞韵溜奢概拒俐自幼妄肮犁匹娜瞩搅秆嫌日榴荫赖异眨槛司稽忻询漳酱司第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 (ii)作一集合E，使它在给定点x0具有 密度，且密度等于事先给定值23、设是可测集，证明也是可测集，且24、设 是可测集， 是旋转变换：病留甘掷掉窗巡隅赐矗涪卜倘怂颧呸东娥睛畜至菲演霓撼吼崔肠粘峨托苔第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性 证明：UE也是可测集,且25、设 是可测集， ，如果E 的可测子集列 满足，证明：就板饱喀识豺堰卡鹰啡相判蔼园英邓痊蹦呻却写敷嵌购歇遭冀亨障跳荡遁第10讲开集可测第10讲开集可测第十讲 开集的可测性三复习（1）可测集的定义（2）可测集的结构（3）练习题评讲作业：P5311，12，15驰广取俩笼蓉棉噪臆娟瓷稻夷镰赤操痹宵忠熟薯嚎锑泛趋残遗霓螟迅平扮第10讲开集可测第10讲开集可测