Avanzado-Práctica 25 - Teoria de la medida IV

Tema: Teoria de la medida IV

Wed-26-11-2024 11:30 profe: Mauro Cartabia status: tags:


Veamos algunos ejemplos donde usamos convergencia monótona Supongo f:E[0,+]f:E\to[0,+\infty] con EE medible y μ(E)<+\mu(E)<+\infty

fn(x)=min{f(x),n} con fn integrables f_{n}(x)=min\{ f(x),n \}\quad \text{ con $f_{n}$ integrables } fnff_{n}\nearrow f

Si f(x)=f(x)=\infty entonces fn(x)=nf_{n}(x)=n y nn\neq \infty y si f(x)<,n0fn(x)=f(x)nn0f(x)<\infty,\:\exists\:n_{0}\:|\:f_{n}(x)=f(x)\quad\forall n\geq n_{0}
Luego podemos aplicar el teorema.

limnEfndx=Efdx=Elimnfndx\underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E}f_{n} \, dx=\int_{E} f \, dx=\int_{E}\underset{ n\to \infty }{ \lim } f_{n} \, dx

Ahora con p>0,f:[0,1)[0,]p> 0,f:[0,1)\to[0,\infty] dada por

f(x)={1xpx>0x=0f(x)=\begin{cases} \frac{1}{x^{p} } & x> 0 \\ \infty & x=0 \end{cases} f(x)n    1xpn    1nxp    1n1pxf(x)\geq n\iff \frac{1}{x^{p} }\geq n\iff \frac{1}{n}\geq x^{p} \iff \frac{1}{n^{\frac{1}{p}} }\geq x fn(x)={nx1n1p1xpx>1n1pf_{n}(x)=\begin{cases} n & x\leq \frac{1}{n^{\frac{1}{p}} } \\ \frac{1}{x^{p} } & x>\frac{1}{n^{\frac{1}{p}} } \end{cases} Efndx=[0,1n1p]ndx+1x1pdx=n.n1p+{ln(x)n1p1p=1x1p1pn1p1p1\int _{E}f_{n} \, dx =\int_{\left[ 0,\frac{1}{n^{\frac{1}{p}} } \right]}n\,dx+\int \frac{1}{x^{\frac{1}{p}} } \, dx =n.n^{-\frac{1}{p}} +\begin{cases} \ln(x)|_{_{n^{-\frac{1}{p}} }}^{^{1}} &p=1 \\ \frac{x^{1-p} }{1-p}|_{_{n^{-\frac{1}{p}} }}^{^{1}} & p\neq 1 \end{cases} ={1+ln(n)p=1n11p+11p(n1p)1p1pp1={1+ln(n)p=111p+n11p(1n11p1p)p1=\begin{cases} 1+\ln(n) & p=1 \\ n^{1-\frac{1}{p}} +\frac{1}{1-p}-\frac{\left( n^{-\frac{1}{p}} \right)^{1-p}}{1-p} & p\neq 1 \end{cases}=\begin{cases} 1+\ln(n) & p=1 \\ \frac{1}{1-p}+n^{1-\frac{1}{p}}\left( 1-\frac{n^{1-\frac{1}{p}} }{1-p} \right) & p\neq 1 \end{cases} ={1+ln(n)p=111p+n11p(111p)p1=\begin{cases} 1+\ln(n) & p=1 \\ \frac{1}{1-p}+n^{1-\frac{1}{p}} \left( 1-\frac{1}{1-p} \right) & p\neq 1 \end{cases} [0,1]fdx=limn{1+ln(n)p=111p+n11p(1n11p1p)p1\int _{[0,1]}f \, dx =\underset{ n\to \infty }{ \lim }\begin{cases} 1+\ln(n) & p=1 \\ \frac{1}{1-p}+n^{1-\frac{1}{p}}\left( 1-\frac{n^{1-\frac{1}{p}} }{1-p} \right) & p\neq 1 \end{cases} ={p111pp<1=\begin{cases} \infty & p\geq 1 \\ \frac{1}{1-p} & p<1 \end{cases}

Obs:Obs: ff es medible p\forall p El conjunto ff integrables no es cerrado por el producto.

1xpintegrable1xqintegrable=1xp.qno integrablecon p,q<1 y p+q1\underset{ \text{integrable} }{ \frac{1}{x^{p} } }\cdot \underset{ \text{integrable} }{ \frac{1}{x^{q} } }=\underset{ \text{no integrable} }{ \frac{1}{x^{p.q} } }\quad \text{con }p,q<1\text{ y }p+q\geq 1

Ahora con p>0,f:[1,)[0,]p> 0,f:[1,\infty)\to[0,\infty] donde f(x)=1xpf(x)=\frac{1}{x^{p}}. Queremos un razonamiento similar.

fn(x)=f(x)χ[1,n](x)={1xpxn0x>nf_{n}(x)=f(x)\cdot \chi_{_{[1,_{n}]}}(x)=\begin{cases} \frac{1}{x^{p} } & x\leq n \\ 0 & x>n \end{cases}

entonces me quedan integrable(no sé si la ff también) Notemos fnff_{n}\nearrow f pues para todo xn0x1<n0xx \:\exists\:n_{0}\:|\:x-1<n_{0}\leq x y fn(x)=f(x)nn0f_{n}(x)=f(x)\quad\forall n\geq n_{0} y fn(x)=0n<n0f_{n}(x)=0\quad\forall n<n_{0} -->00:00 Entonces podemos usar el teorema de convergencia monótona.

[1,)fn(x)dx=[1,n]1xpdx={ln(x)1np=1x1p1p1np1={ln(n)p=1n1p11pp1\int_{[1,\infty)} f_{n}(x) \, dx =\int_{[1,n]} \frac{1}{x^{p} } \, dx =\begin{cases} \ln(x)|_{1}^{^{n} } & p=1 \\ \frac{x^{1-p} }{1-p}|_{1}^{^{n} } & p\neq 1 \end{cases}=\begin{cases} \ln(n) & p=1 \\ \frac{n^{1-p} -1}{1-p} & p\neq 1 \end{cases} [1,]fn(x)dx={p11p1p>1\int_{[1,\infty]} f_{n}(x) \, dx=\begin{cases} \infty & p\leq 1 \\ \frac{1}{p-1} & p>1 \end{cases}

ff es integrable si y solo si p>1p>1 En conclusión p>0p>0 f:[0,][0,]f:[0,\infty]\to[0,\infty] dada por

f(x)={1xpx>0oox=0f(x)=\begin{cases} \frac{1}{x^{p} } & x>0 \\ oo & x=0 \end{cases}

es una ff medible que no es integrable para ningún p.p.

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