Avanzado 2C2025 - última práctica

Thu-20-11-2025 11:40 profe: Cecilia De Vita status: tags:


Ejercicio 1

Para cada nN,n\in \mathbb{N}, sea fn:RRf_{n}:\mathbb{R}\to \mathbb{R} medible. probar que E={xR:(fn(x))nN converge}E=\{ x \subseteq \mathbb{R}:(f_{n}(x))_{n\in \mathbb{N}} \text{ converge} \} es un conjunto medible.

Sugerencia: Recordar que toda sucesión convergente es de Cauchy. Idea: Tratar de escribir a EE como unión/intersección contable de conjuntos medibles. Sea xR.x \in \mathbb{R}. Entonces, (fn)nNR( f_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq \mathbb{R} converge. Entonces , (fn)nN( f_{n} )_{n \in \mathbb{N}} es de Cauchy. Esto es: E>0k0Nfn(x)fm(x)<En,mk0\forall\mathcal{E}> 0\:\exists\:k_{0}\in \mathbb{N}\bigm||f_{n}(x)-f_{m}(x)|<\mathcal{E}\quad\forall n,m\geq k_{0}

Equivalentemente:

lNkNfn(x)fm(x)<1ln,mk\forall \mathscr{l}\in \mathbb{N}\:\exists\:k\in \mathbb{N}\bigm| |f_{n}(x)-f_{m}(x)|< \frac{1}{\mathscr{l}}\quad\forall n,m\geq k

Llamo En,m,l={xR:fn(x)fm(x)<1l}E_{n,m,\mathscr{l}}=\left\{ x \in \mathbb{R} :|f_{n}(x)-f_{m}(x)|< \frac{1}{\mathscr{l}} \right\} --00:17:30 Afirmo

E=lNkN(n,m):n,mkEn,m,lE=\bigcap_{\mathscr{l}\in \mathbb{N}}\bigcup_{k \in \mathbb{N}}\bigcap_{(n,m):n,m\geq k}E_{n,m,\mathscr{l}}

Si pruebo que Em,n,lE_{m,n,\mathscr{l}} es medible m,n,lN\forall m,n,\mathscr{l} \in \mathbb{N} obtengo que EE es medible por ser intersección numerable de unión numerable de medibles. Sean n,m,lNn,m,\mathscr{l}\in \mathbb{N} Notar que

fn(x)fm(x)<1l    1l<fn(x)fm(x)<1l    |f_{n}(x)-f_{m}(x)|< \frac{1}{\mathscr{l}}\iff-\frac{1}{\mathscr{l}}<|f_{n}(x)-f_{m}(x)|< \frac{1}{\mathscr{l}}\iff     fn(x)fm(x)>1lfn(x)fm(x)<1l\iff f_{n}(x)-f_{m}(x)> - \frac{1}{\mathscr{l}} \land f_{n}(x)-f_{m}(x)< \frac{1}{\mathscr{l}}

Luego

Em,n,l={xR:fn(x)fm(x)>1l}Medible pues fn,fm medibles. Entonces la resta es med.{xR:fn(x)fm(x)<1l}Medible por la misma razoˊn.E_{m,n,\mathscr{l}}=\underbrace{ \left\{ x \in \mathbb{R}:f_{n}(x)-f_{m}(x)>- \frac{1}{\mathscr{l}} \right\} }_{ \text{Medible pues $f_{n},f_{m}$ medibles. Entonces la resta es med.} } \cap \underbrace{ \left\{ x \in \mathbb{R}:f_{n}(x)-f_{m}(x)< \frac{1}{\mathscr{l}} \right\} }_{ \text{Medible por la misma razón.} }

Entonces, Em,n,lE_{m,n,\mathscr{l}} es medible por ser intersección de dos conjuntos medibles.


Ejercicio 2

--00:30:00 Sea g:RRg:\mathbb{R}\to \mathbb{R} continua y f:RRf:\mathbb{R}\to \mathbb{R} medible. Probar que gfg\circ f es medible.

Sea aRa \in \mathbb{R}, quiero ver que Ea={xR:gf(x)<a}E_{a}=\{ x \in \mathbb{R}:g \circ f (x)<a \} es medible.

xEa    gf(x)<a    g(f(x))<a    f(x)g1(,a)x \in E_{a}\iff g \circ f(x)<a \iff g(f(x))<a \iff f(x) \in g ^{-1}(-\infty,a)     xf1(g1(,a))\iff x \in f ^{-1}(g ^{-1}(-\infty,a))

Entonces Ea=f1(g1((,a)))E_{a}=f ^{-1}(g ^{-1}((-\infty,a))) Como gg es continua y (,a)(-\infty,a) es abierto, entonces g1((,a))g ^{-1}((-\infty,a)) es abierto. Como g1(,a)g ^{-1}(-\infty,a) es abierto, existen numerables intervalos abiertos disjuntos (Ij)jN(I_{j})_{j \in \mathbb{N}} tales que

g1((,a))=j=1Ijg ^{-1}((-\infty,a))=\bigcup_{j=1}^{\infty} I_{j}

Entonces

Ea==f1(g1(,a))=f1(j=1Ij)=Tareaj=1f1(Ij)E_{a}==f ^{-1}(g ^{-1}(-\infty,a))=f ^{-1}\left( \bigcup_{j =1}^{\infty} I_{j} \right)\underset{ \text{Tarea} }{ = } \bigcup_{j=1}^{\infty} f ^{-1}(I_{j})

Si vemos que f1(Ij)f ^{-1}(I_{j}) es medible jN    Ea\forall j \in \mathbb{N}\implies E_{a} es medible. Por ser unión numerable de medibles. Veamos, sea jN.j \in \mathbb{N}. Tenemos que Ij=(aj,bj)I_{j}=(a_{j},b_{j}) para algunos aj,bjRa_{j},b_{j} \in \mathbb{R} con aj<bj.a_{j}<b_{j}. Luego

f1(Ij)={xR:f(x)(aj,bj)}={xR:aj<f(x)<bj}=f ^{-1}(I_{j})=\{ x \in \mathbb{R}:f(x) \in(a_{j},b_{j}) \}=\{ x \in \mathbb{R}:a_{j}<f(x)<b_{j} \}= ={xR:f(x)>aj}medible pues f medible{xR:f(x)<bj}=\underbrace{ \{ x \in \mathbb{R}:f(x)>a_{j} \} }_{ \text{medible pues f medible} }\cap \{ x \in \mathbb{R}:f(x)<b_{j} \}

Luego, f1(Ij)f ^{-1}(I_{j}) es medible por ser intersección de dos conjuntos medibles.


Ejercicio 3

Ejercicio 11 guía 9:

Queremos ver que si C={xE:f(x)g(x)}    μ(C)=0\mathcal{C}=\{ x \in E:f(x)\neq g(x) \}\implies \mu(\mathcal{C})=0 Como ff y gg son medibles e integrables entonces h=fgh=f-g es medible e integrable. Luego,

C={xE:h(x)0}={xR:h(x)>0}C1{xR:h(x)<0}C2\mathcal{C}=\{ x \in E:h(x)\neq 0 \}=\underbrace{ \{ x \in \mathbb{R}:h(x)>0 \} }_{ \mathcal{C_{1}} }\cup \underbrace{ \{ x \in \mathbb{R}:h(x)<0 \} }_{ \mathcal{C_{2}} }

A su vez, C1=n=1C1,n\mathcal{C_{1}}= \displaystyle \bigcup_{n=1}^{\infty}\mathcal{C_{1,n}} donde C1,n={xR:h(x)1n}\mathcal{C_{1,n}}=\left\{ x \in \mathbb{R}: h(x)\geq \frac{1}{n} \right\}

Como hh es medible     C1,n\implies\mathcal{C_{1,n}} es medible nN\forall n \in \mathbb{N} Tomando A=C1,nA=\mathcal{C_{1,n}} vale que

C1,nf=C1,ng    C1,nfC1,ng=0    por linealidadC1,nh=0\int_{\mathcal{C_{1,n}}} f=\int_{\mathcal{C_{1,n}}}g\implies \int_{\mathcal{C_{1,n}}}f-\int_{\mathcal{C_{1,n}}}g=0\underset{ \text{por linealidad} }{ \implies }\int_{\mathcal{C_{1,n}}}h=0

Entonces

0=C1,nh(x)dμ(x)monotoniaC1,n1ndμ(x)=E1nXC1,ndμ(x)=1nμ(C1,n)00=\int_{\mathcal{C_{1,n}}}h(x)\,d\mu(x)\underset{ monotonia }{ \geq }\int_{\mathcal{C_{1,n}}} \frac{1}{n}\: d\mu(x)=\int_{E} \frac{1}{n}\cdot\mathcal{X}_{\mathcal{C_{1,n}}}\cdot d\mu(x)= \frac{1}{n}\cdot \mu(\mathcal{C_{1,n}})\geq 0

Luego μ(C1,n)=0nN\mu(\mathcal{C_{1,n}})=0\quad\forall n\in \mathbb{N} Así:

0μ(C1)=μ(n=1C1,n)i=1μ(C1,n)=00\leq \mu(\mathcal{C_{1}})=\mu\left( \bigcup_{n=1}^{\infty} \mathcal{C_{1,n}} \right)\leq \sum_{i=1}^{\infty} \mu(\mathcal{C_{1,n}})=0

Luego μ(C1)=0\mu(\mathcal{C_{1}})=0 A su vez, C2=C2,n\mathcal{C_{2}=\bigcup \mathcal{C_{2,n}}} donde C2,n={xR:h(x)1n}\mathcal{C_{2,n}}=\left\{ x \in \mathbb{R}:h(x)\leq - \frac{1}{n} \right\} De la misma forma, μ(C2,n)=0nN\mu(\mathcal{C_{2,n}})=0\quad\forall n\in \mathbb{N} y por lo tanto μ(C2)=0.\mu(\mathcal{C_{2}})=0. Finalmente

μ(C)=μ(C1)+μ(C2)=0    f=gctp en R\mu(\mathcal{C})=\mu(\mathcal{C_{1}})+\mu(\mathcal{C_{2}})=0\implies f=g\quad \text{ctp en } \mathbb{R}

Citas y Comentarios

En el segundo parcial la guia 9 solo entra hasta el ejercicio 7 inclusive.