Tue-12-11-2024 10:10
profe: Nicolás Sirolli
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tags: Teoria de la medida
Recordar:
M \mathcal{M} M es la σ − a ˊ l g e b r a \sigma-álgebra σ − a ˊ l g e b r a "más chica" con:
I ∈ M ∀ I I\in\mathcal{M}\quad\forall I I ∈ M ∀ I intervalo abierto.
z ∈ M ∀ z z\in\mathcal{M}\quad\forall z z ∈ M ∀ z nulo.
∃ ! μ : M → [ 0 , + ∞ ] \:\exists\:!\mu:\mathcal{M}\to[0,+\infty] ∃ ! μ : M → [ 0 , + ∞ ] tal que:
μ ( a , b ) = b − a \mu(a,b)=b-a μ ( a , b ) = b − a
σ − \sigma- σ − , σ − a d i t i v i d a d \sigma-aditividad σ − a d i t i v i d a d
σ − r e g u l a r \sigma-regular σ − r e g u l a r
Teorema : {\color{violet} \text{Teorema :} } Teorema :
Continuidad de la medida Sea ( A n ) n ∈ N ⊆ M mon o ˊ tona. 1. Si A 1 ⊂ A 2 ⊂ ⋯ ⊂ A n . Entonces μ ( ⋃ n ≥ 1 A n ) = lim n → ∞ μ ( A n ) 2. Si A 1 ⊃ A 2 ⊃ ⋯ ⊃ A n , y ( ∃ n 0 ) ( μ ( A n 0 ) < + ∞ ) . Entonces μ ( ⋂ n ≥ 1 A n ) = lim n → ∞ μ ( A n ) . \begin{array}{c}
&\textbf{Continuidad de la medida} \\
&\text{Sea $( A_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subseteq\mathcal{M}$ monótona.}\\
&\text{1. Si $A_{1}\subset A_{2}\subset\dots \subset A_{n}$. }\\
&\text{Entonces $\mu\left( \bigcup_{n\geq 1}A_{n} \right)=\underset{ n \to \infty }{ \lim }\mu(A_{n})$}\\
&\text{2. Si $A_{1}\supset A_{2}\supset\dots \supset A_{n}$, y $(\:\exists\:n_{0})(\mu(A_{n_{0}})<+\infty)$. }\\
&\text{Entonces $\mu\left( \bigcap_{n\geq1}A_{n} \right)=\underset{ n \to \infty }{ \lim }\mu(A_{n})$.}
\end{array} Continuidad de la medida Sea ( A n ) n ∈ N ⊆ M mon o ˊ tona. 1. Si A 1 ⊂ A 2 ⊂ ⋯ ⊂ A n . Entonces μ ( ⋃ n ≥ 1 A n ) = n → ∞ lim μ ( A n ) 2. Si A 1 ⊃ A 2 ⊃ ⋯ ⊃ A n , y ( ∃ n 0 ) ( μ ( A n 0 ) < + ∞ ) . Entonces μ ( ⋂ n ≥ 1 A n ) = n → ∞ lim μ ( A n ) .
Dem: {\color{violet} \text{Dem:} } Dem:
Sean A ~ n \widetilde{A}_{n} A n dados por:
A 1 ~ = A 1 , A n ~ = A n ∖ A n − 1 ( n ≥ 2 ) \widetilde{A_{1}}=A_{1},\widetilde{A_{n}}=A_{n}\setminus A_{n-1}\quad(n\geq 2) A 1 = A 1 , A n = A n ∖ A n − 1 ( n ≥ 2 )
Así:
A m ~ ∩ A n ~ = ∅ s i n ≠ m , y ⋃ ˙ n = 1 N A n ~ = A n \widetilde{A_{m}}\cap \widetilde{A_{n}}=\emptyset\:si\:n\neq m,y\quad \dot{\bigcup}_{n=1}^{N} \widetilde{A_{n}}=A_{n} A m ∩ A n = ∅ s i n = m , y ⋃ ˙ n = 1 N A n = A n
En particular
⋃ n A n = ⋃ n ˙ A n ~ \bigcup_{n}A_{n}=\dot{\bigcup_{n}}^{}\widetilde{A_{n}} n ⋃ A n = n ⋃ ˙ A n
Por la σ − \sigma- σ − Aditividad
μ ( ⋃ n A n ) = ∑ n μ ( A n ~ ) = lim N → ∞ ∑ n = 1 N μ ( A n ~ ) = lim N → ∞ μ ( A N ) \mu\left( \bigcup_{n}A_{n} \right)=\sum_{n}\mu(\widetilde{A_{n}})=\lim_{ N \to \infty } \sum_{n=1}^{N} \mu(\widetilde{A_{n}})=\lim_{ N \to \infty } \mu(A_{N}) μ ( n ⋃ A n ) = n ∑ μ ( A n ) = N → ∞ lim n = 1 ∑ N μ ( A n ) = N → ∞ lim μ ( A N )
Tomo B n = A n 0 ∖ A n B_{n}=A_{n_{0}}\setminus A_{n} B n = A n 0 ∖ A n
Así, B n ⊆ B n + 1 B_{n}\subseteq B_{n+1} B n ⊆ B n + 1
⋃ B n = A n 0 ∖ ⋂ A n \bigcup B_{n}=A_{n_{0}}\setminus \bigcap A_{n} ⋃ B n = A n 0 ∖ ⋂ A n
Por prop. 1:
lim n → ∞ μ ( B n ) ⏟ μ ( A n 0 ∖ A n ) = μ ( A n 0 ∖ ⋂ A n ) \lim_{ n \to \infty } \underset{\mu(A_{n_{0}}\setminus A_{n})}{\underbrace{\mu(B_{n})}} =\mu\left( A_{n_{0}}\setminus \bigcap A_{n} \right) n → ∞ lim μ ( A n 0 ∖ A n ) μ ( B n ) = μ ( A n 0 ∖ ⋂ A n )
Así,
lim n → ∞ μ ( A 0 ) − μ ( A n ) = μ ( A n 0 ) − μ ( ⋂ A n ) \lim_{ n \to \infty } \mu(A_{0})-\mu(A_{n})=\mu(A_{n_{0}})-\mu\left( \bigcap A_{n} \right) n → ∞ lim μ ( A 0 ) − μ ( A n ) = μ ( A n 0 ) − μ ( ⋂ A n )
□ \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \quad \square □
Prop. : {\color{Orange} \text{Prop. :} } Prop. :
A ∈ M , λ ∈ R ⟹ λ + A ∈ M \begin{array}{l}
\text{$A\in\mathcal{M},\lambda \in \mathbb{R}\implies\lambda+A\in\mathcal{M}$ }
\end{array} A ∈ M , λ ∈ R ⟹ λ + A ∈ M
Dem: {\color{Orange} \text{Dem:} } Dem:
Sea f : R → R ∣ f ( x ) = λ + x f:\mathbb{R}\to \mathbb{R}\:|\:f(x)=\lambda+x f : R → R ∣ f ( x ) = λ + x
Sea f ( M ) : = { λ + A : A ⊆ M } ⊆ P ( R ) f(\mathcal{M}):=\{ \lambda+A:A\subseteq\mathcal{M} \}\subseteq\mathcal{P}(\mathbb{R}) f ( M ) := { λ + A : A ⊆ M } ⊆ P ( R )
Ejercicio: f ( M ) f(\mathcal{M}) f ( M ) es σ − a ˊ l g e b r a \sigma-álgebra σ − a ˊ l g e b r a , pues f f f es biyección.
Objetivo: f ( M ) = M f(\mathcal{M})=\mathcal{M} f ( M ) = M
I I I intervalo abierto ⟺ f ( I ) \iff f(I) ⟺ f ( I ) intervalo abierto ⟺ f − 1 ( I ) \iff f^{-1}(I) ⟺ f − 1 ( I ) intervalo abierto.
z z z nulo ⟺ E j e r c i c i o f ( z ) \underset{Ejercicio}{\iff}f(z) E j er c i c i o ⟺ f ( z ) nulo ⟺ f − 1 ( z ) \iff f^{-1}(z) ⟺ f − 1 ( z ) nulo.
Así, ∀ A \forall A ∀ A abierto. Así, ∀ A \forall A ∀ A abierto o nulo:
f ( M ) ∋ f ( f − 1 ( A ) ⏟ ∈ M ) = A f(\mathcal{M})\ni f(\underset{\in \mathcal{M}}{\underbrace{f^{-1}(A)}} )=A f ( M ) ∋ f ( ∈ M f − 1 ( A ) ) = A
∴ μ es la mas chica f ( M ) ⊇ M \underset{\text{$\mu$ es la mas chica}}{\therefore\: }f(\mathcal{M})\supseteq \mathcal{M} μ es la mas chica ∴ f ( M ) ⊇ M
Análogamente, f − 1 ( M ) ⊇ M f^{-1}(\mathcal{M})\supseteq \mathcal{M} f − 1 ( M ) ⊇ M .
Luego, aplicando f , M ⊇ f ( M ) f,\mathcal{M} \supseteq f(\mathcal{M}) f , M ⊇ f ( M ) , de hecho son = = = .
Teorema : {\color{violet} \text{Teorema :} } Teorema :
Invariante por traslacion A ∈ M , λ ∈ R . Entonces μ ( A + λ ) = μ ( A ) \begin{array}{l}
\textbf{Invariante por traslacion} \\
\text{$A\in\mathcal{M},\lambda \in \mathbb{R}$. Entonces $\mu(A+\lambda)=\mu(A)$ }
\end{array} Invariante por traslacion A ∈ M , λ ∈ R . Entonces μ ( A + λ ) = μ ( A )
Dem: {\color{violet} \text{Dem:} } Dem:
Defino ν : M → [ 0 , + ∞ ] \nu:\mathcal{M}\to[0,+\infty] ν : M → [ 0 , + ∞ ]
ν ( A ) = μ ( A + λ ) \nu(A)=\mu(A+\lambda) ν ( A ) = μ ( A + λ )
Quiero ver que μ = ν \mu=\nu μ = ν , basta ver que satisface lo que μ \mu μ
ν ( ( a , b ) ) = μ ( ( a , b ) + λ ⏟ ( a + λ , b + λ ) ) = ( b + λ ) − ( a + λ ) = b − a \nu((a,b))=\mu(\underset{(a+\lambda,b+\lambda)}{\underbrace{(a,b)+\lambda}})=(b+\lambda)-(a+\lambda)=b-a ν (( a , b )) = μ ( ( a + λ , b + λ ) ( a , b ) + λ ) = ( b + λ ) − ( a + λ ) = b − a
σ − \sigma- σ − subaditividad, σ − a d i t i v i d a d \sigma-aditividad σ − a d i t i v i d a d : ej.
G − r e g u l a r i d a d G-regularidad G − r e g u l a r i d a d . Sea E > 0 \mathcal{E}>0 E > 0 . Como μ \mu μ es G − r e g G-reg G − r e g ,
∃ V ⊇ A + λ c o n μ ( V ∖ A + λ ) < E \:\exists\:V\supseteq A+\lambda\:con\:\mu(V\setminus A+\lambda)<\mathcal{E} ∃ V ⊇ A + λ co n μ ( V ∖ A + λ ) < E
Pongo U = V + ( − λ ) U=V+(-\lambda) U = V + ( − λ ) , así U ⊇ A U\supseteq A U ⊇ A y
ν ( U ∖ A ) = μ ( λ + ( V + ( − λ ) ∖ A ) ) = μ ( V ∖ A + λ ) \nu(U\setminus A)=\mu(\lambda+(V+(-\lambda)\setminus A))=\mu(V\setminus A+\lambda) ν ( U ∖ A ) = μ ( λ + ( V + ( − λ ) ∖ A )) = μ ( V ∖ A + λ )
El conjunto de Cantor
-> 00:00
Dado un intervalo I = a , b I=a,b I = a , b . Sean L ( I ) = [ a , a + b − a 3 ] L(I)=\left[ a,a+\frac{b-a}{3} \right] L ( I ) = [ a , a + 3 b − a ] ; R ( I ) = [ b − b − a 3 , b ] R(I)=\left[ b-\frac{b-a}{3},b \right] R ( I ) = [ b − 3 b − a , b ]
Consideramos F n \mathcal{F}_{n} F n dado por:
F 1 = { [ 0 , 1 ] } \mathcal{F}_{1}=\{ [0,1] \} F 1 = {[ 0 , 1 ]}
F n + 1 = ⋃ I ∈ I n { L ( I ) , R ( I ) } \mathcal{F}_{n+1}=\bigcup_{I\in I_{n}}\{ L(I),R(I) \} F n + 1 = ⋃ I ∈ I n { L ( I ) , R ( I )}
Así, por ejemplo:
F 2 = { [ 0 , 1 3 ] , [ 2 3 , 1 ] } \mathcal{F}_{2}=\left\{ \left[ 0, \frac{1}{3} \right],\left[ \frac{2}{3},1 \right] \right\} F 2 = { [ 0 , 3 1 ] , [ 3 2 , 1 ] }
F 3 = { [ 0 , 1 9 ] , [ 2 9 , 3 9 ] , [ 6 9 , 7 9 ] , [ 8 9 , 1 ] } \mathcal{F}_{3}=\left\{ \left[ 0,\frac{1}{9} \right],\left[ \frac{2}{9},\frac{3}{9} \right],\left[ \frac{6}{9},\frac{7}{9} \right],\left[ \frac{8}{9},1 \right] \right\} F 3 = { [ 0 , 9 1 ] , [ 9 2 , 9 3 ] , [ 9 6 , 9 7 ] , [ 9 8 , 1 ] }
Sea J n = ⋃ I ∈ F n I n J_{n}=\bigcup_{I\in\mathcal{F}_{n}}I_{n} J n = ⋃ I ∈ F n I n es cerrado(unión finita de cerrados)
Def. : {\color{Cyan} \text{Def. :} } Def. :
El conjunto de Cantor es C = ⋂ n ≥ 1 J n ⊆ [ 0 , 1 ] \begin{array}{l}
\text{El conjunto de Cantor es } \\
C=\bigcap_{n\geq 1}J_{n}\subseteq[0,1]
\end{array} El conjunto de Cantor es C = ⋂ n ≥ 1 J n ⊆ [ 0 , 1 ]
O b s : Obs: O b s :
J n ⊇ J n + 1 J_{n}\supseteq J_{n+1} J n ⊇ J n + 1
Así:
C C C es cerrado, en particular C ∈ M C\in\mathcal{M} C ∈ M (es medible)
C 0 = ∅ C^{0}=\emptyset C 0 = ∅ y C ′ = C C'=C C ′ = C (perfecto).
C C C es nulo:
μ ( C ) ≤ μ ( J n ) ≤ 2 n − 1 ⏟ # J n . 1 3 n − 1 ⏟ l o n g ( I n ) → n → + ∞ 0 \mu(C)\leq \mu(J_{n})\leq \underset{\#J_{n}}{\underbrace{2^{n-1}}} .\underset{long(I_{n})}{\underbrace{\frac{1}{3^{n-1} }}} \underset{n\to +\infty}{\to } 0 μ ( C ) ≤ μ ( J n ) ≤ # J n 2 n − 1 . l o n g ( I n ) 3 n − 1 1 n → + ∞ → 0
Prop. : {\color{Orange} \text{Prop. :} } Prop. :
# C = c \#C=c # C = c
Más aún, φ : C → { 0 , 2 } N ∣ φ ( x ) = ( x n ) n ∈ N \varphi:C\to \{ 0,2 \}^{\mathbb{N}}\:|\:\varphi(x)=( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} φ : C → { 0 , 2 } N ∣ φ ( x ) = ( x n ) n ∈ N dada por
Si x ∈ I ∈ F n − 1 x \in I\in\mathcal{F}_{n-1} x ∈ I ∈ F n − 1
x n = { 0 x ∈ L ( I ) 2 x ∈ R ( I ) x_{n}=\begin{cases}
0 & x \in L(I) \\
2 & x \in R(I)
\end{cases} x n = { 0 2 x ∈ L ( I ) x ∈ R ( I )
es biyectiva.
-->21:20
Dem: {\color{Orange} \text{Dem:} } Dem:
Defino Ψ : { 0 , 2 } N → C \varPsi:\{ 0,2 \}^{\mathbb{N}}\to C Ψ : { 0 , 2 } N → C . Así, dada ( x n ) n ⊆ { 0 , 2 } N (x_{n})_{n}\subseteq \{ 0,2 \}^{\mathbb{N}} ( x n ) n ⊆ { 0 , 2 } N tomo:
I n + 1 = { L ( I n ) x n = 0 R ( I n ) x n = 2 I_{n+1}=\begin{cases}
L(I_{n}) & x_{n}=0 \\
R(I_{n}) & x_{n}=2
\end{cases} I n + 1 = { L ( I n ) R ( I n ) x n = 0 x n = 2
Así, I n ∈ F n ∀ n I_{n}\in\mathcal{F}_{n}\quad\forall n I n ∈ F n ∀ n
Ponemos Ψ ( ( x n ) n ) = x , \varPsi((x_{n})_{n})=x, Ψ (( x n ) n ) = x , con { x } = ⋂ n I n \{ x \}=\bigcap_{n}I_{n} { x } = ⋂ n I n (existe x x x por teorema de la intersección de Cantor)
Def. : {\color{Cyan} \text{Def. :} } Def. :
E ∈ M , Sea p : E → { V , F } Decimos que p se cumple en casi todo punto de E si μ ( { x ∈ E : p ( x ) = F } ) = 0 \begin{array}{l}
\text{$E\in\mathcal{M}$, Sea $p:E\to \{ V,F \}$ }\\
\text{Decimos que $p$ se cumple en casi todo punto de $E$ si}\\
\mu(\{ x \in E:p(x)=F \})=0
\end{array} E ∈ M , Sea p : E → { V , F } Decimos que p se cumple en casi todo punto de E si μ ({ x ∈ E : p ( x ) = F }) = 0
N o t : Not: N o t :
p ( x ) para casi todo x ∈ E p(x) \text{ para casi todo } x\in E p ( x ) para casi todo x ∈ E
p ( x ) c . t . p . x ∈ E p(x)\:c.t.p.\:x \in E p ( x ) c . t . p . x ∈ E o p ( x ) a . e . p(x)\:a.e. p ( x ) a . e . (almost everywhere)
x ∈ E , p ( x ) p . p . x ∈ E x \in E,p(x)\:p.p.x \in E x ∈ E , p ( x ) p . p . x ∈ E (Francés)
Def. : {\color{Cyan} \text{Def. :} } Def. :
E ⊆ R su funci o ˊ n caracter ı ˊ stica es X E : R → { 0 , 1 } X E ( x ) = { 1 x ∈ E 0 x ∉ E \begin{array}{l}
\text{$E\subseteq \mathbb{R}$ su función característica es $\mathcal{X}_{E}:\mathbb{R}\to \{ 0,1 \}$ }\\
\mathcal{X}_{E}(x)=\begin{cases}
1 & x \in E \\
0 & x \not\in E
\end{cases}
\end{array} E ⊆ R su funci o ˊ n caracter ı ˊ stica es X E : R → { 0 , 1 } X E ( x ) = { 1 0 x ∈ E x ∈ E
E j e m p l o : Ejemplo: E j e m pl o :
X C ( x ) = 0 p . p . x ∈ [ 0 , 1 ] \mathcal{X}_{C}(x)=0\quad p.p.\:x \in[0,1] X C ( x ) = 0 p . p . x ∈ [ 0 , 1 ] pues { x ∈ [ 0 , 1 ] : X C ( x ) ≠ 0 } = C \{ x \in[0,1]:\mathcal{X}_{C}(x)\neq0 \}=C { x ∈ [ 0 , 1 ] : X C ( x ) = 0 } = C es nulo.
No es porque se cumple para todo salvo finitos o numerable, sino que son algo de un conjunto de medida 0. El ejemplo es este que se acaba de dar: el conjunto de Cantor no es numerable y y tiene medida nula
Citas y Comentarios
Franks, 3.1