#20Teoria de la medida

20 - Teoría de la medida II

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Tue-12-11-2024 10:10 profe: Nicolás Sirolli status: tags: Teoria de la medida


Recordar:

  1. M\mathcal{M} es la σaˊlgebra\sigma-álgebra "más chica" con:
    • IMII\in\mathcal{M}\quad\forall I intervalo abierto.
    • zMzz\in\mathcal{M}\quad\forall z nulo.
  2. !μ:M[0,+]\:\exists\:!\mu:\mathcal{M}\to[0,+\infty] tal que:
    • μ(a,b)=ba\mu(a,b)=b-a
    • σ\sigma-, σaditividad\sigma-aditividad
    • σregular\sigma-regular

Teorema :{\color{violet} \text{Teorema :} }

Continuidad de la medidaSea (An)nNM monoˊtona.1. Si A1A2AnEntonces μ(n1An)=limnμ(An)2. Si A1A2An, y (n0)(μ(An0)<+)Entonces μ(n1An)=limnμ(An).\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}

Dem:{\color{violet} \text{Dem:} }

  1. Sean A~n\widetilde{A}_{n} dados por: A1~=A1,An~=AnAn1(n2)\widetilde{A_{1}}=A_{1},\widetilde{A_{n}}=A_{n}\setminus A_{n-1}\quad(n\geq 2) Así:
Am~An~=sinm,y˙n=1NAn~=An\widetilde{A_{m}}\cap \widetilde{A_{n}}=\emptyset\:si\:n\neq m,y\quad \dot{\bigcup}_{n=1}^{N} \widetilde{A_{n}}=A_{n}

En particular

nAn=n˙An~\bigcup_{n}A_{n}=\dot{\bigcup_{n}}^{}\widetilde{A_{n}}

Por la σ\sigma-Aditividad

μ(nAn)=nμ(An~)=limNn=1Nμ(An~)=limNμ(AN)\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})
  1. Tomo Bn=An0AnB_{n}=A_{n_{0}}\setminus A_{n} Así, BnBn+1B_{n}\subseteq B_{n+1}
Bn=An0An\bigcup B_{n}=A_{n_{0}}\setminus \bigcap A_{n}

Por prop. 1:

limnμ(Bn)μ(An0An)=μ(An0An)\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)

Así,

limnμ(A0)μ(An)=μ(An0)μ(An)\lim_{ n \to \infty } \mu(A_{0})-\mu(A_{n})=\mu(A_{n_{0}})-\mu\left( \bigcap A_{n} \right) \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. :} }

AM,λR    λ+AM \begin{array}{l} \text{$A\in\mathcal{M},\lambda \in \mathbb{R}\implies\lambda+A\in\mathcal{M}$ } \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} } Sea f:RRf(x)=λ+xf:\mathbb{R}\to \mathbb{R}\:|\:f(x)=\lambda+x Sea f(M):={λ+A:AM}P(R)f(\mathcal{M}):=\{ \lambda+A:A\subseteq\mathcal{M} \}\subseteq\mathcal{P}(\mathbb{R})

Ejercicio: f(M)f(\mathcal{M}) es σaˊlgebra\sigma-álgebra, pues ff es biyección. Objetivo: f(M)=Mf(\mathcal{M})=\mathcal{M}

  • II intervalo abierto     f(I)\iff f(I) intervalo abierto     f1(I)\iff f^{-1}(I) intervalo abierto.
  • zz nulo     Ejerciciof(z)\underset{Ejercicio}{\iff}f(z) nulo     f1(z)\iff f^{-1}(z) nulo. Así, A\forall A abierto. Así, A\forall A abierto o nulo:
f(M)f(f1(A)M)=Af(\mathcal{M})\ni f(\underset{\in \mathcal{M}}{\underbrace{f^{-1}(A)}} )=A μ es la mas chicaf(M)M\underset{\text{$\mu$ es la mas chica}}{\therefore\: }f(\mathcal{M})\supseteq \mathcal{M}

Análogamente, f1(M)Mf^{-1}(\mathcal{M})\supseteq \mathcal{M}. Luego, aplicando f,Mf(M)f,\mathcal{M} \supseteq f(\mathcal{M}), de hecho son ==.


Teorema :{\color{violet} \text{Teorema :} }

Invariante por traslacionAM,λR. 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}

Dem:{\color{violet} \text{Dem:} } Defino ν:M[0,+]\nu:\mathcal{M}\to[0,+\infty]

ν(A)=μ(A+λ)\nu(A)=\mu(A+\lambda)

Quiero ver que μ=ν\mu=\nu, basta ver que satisface lo que μ\mu

  • ν((a,b))=μ((a,b)+λ(a+λ,b+λ))=(b+λ)(a+λ)=ba\nu((a,b))=\mu(\underset{(a+\lambda,b+\lambda)}{\underbrace{(a,b)+\lambda}})=(b+\lambda)-(a+\lambda)=b-a
  • σ\sigma-subaditividad, σaditividad\sigma-aditividad: ej.
  • GregularidadG-regularidad. Sea E>0\mathcal{E}>0. Como μ\mu es GregG-reg,
VA+λconμ(VA+λ)<E\:\exists\:V\supseteq A+\lambda\:con\:\mu(V\setminus A+\lambda)<\mathcal{E}

Pongo U=V+(λ)U=V+(-\lambda), así UAU\supseteq A y

ν(UA)=μ(λ+(V+(λ)A))=μ(VA+λ)\nu(U\setminus A)=\mu(\lambda+(V+(-\lambda)\setminus A))=\mu(V\setminus A+\lambda)

El conjunto de Cantor

-> 00:00 Dado un intervalo I=a,bI=a,b. Sean L(I)=[a,a+ba3]L(I)=\left[ a,a+\frac{b-a}{3} \right] ; R(I)=[bba3,b]R(I)=\left[ b-\frac{b-a}{3},b \right] Consideramos Fn\mathcal{F}_{n} dado por:

  1. F1={[0,1]}\mathcal{F}_{1}=\{ [0,1] \}
  2. Fn+1=IIn{L(I),R(I)}\mathcal{F}_{n+1}=\bigcup_{I\in I_{n}}\{ L(I),R(I) \} Así, por ejemplo:
  • F2={[0,13],[23,1]}\mathcal{F}_{2}=\left\{ \left[ 0, \frac{1}{3} \right],\left[ \frac{2}{3},1 \right] \right\}
  • F3={[0,19],[29,39],[69,79],[89,1]}\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\}

Sea Jn=IFnInJ_{n}=\bigcup_{I\in\mathcal{F}_{n}}I_{n} es cerrado(unión finita de cerrados)


Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

El conjunto de Cantor es C=n1Jn[0,1]\begin{array}{l} \text{El conjunto de Cantor es } \\ C=\bigcap_{n\geq 1}J_{n}\subseteq[0,1] \end{array}

Obs:Obs:

JnJn+1J_{n}\supseteq J_{n+1}

Así:

  • CC es cerrado, en particular CMC\in\mathcal{M} (es medible)
  • C0=C^{0}=\emptyset y C=CC'=C (perfecto).
  • CC es nulo:
μ(C)μ(Jn)2n1#Jn.13n1long(In)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

Prop. :{\color{Orange} \text{Prop. :} }

#C=c\#C=c

Más aún, φ:C{0,2}Nφ(x)=(xn)nN\varphi:C\to \{ 0,2 \}^{\mathbb{N}}\:|\:\varphi(x)=( x_{n} )_{n \in \mathbb{N}} dada por Si xIFn1x \in I\in\mathcal{F}_{n-1}

xn={0xL(I)2xR(I)x_{n}=\begin{cases} 0 & x \in L(I) \\ 2 & x \in R(I) \end{cases}

es biyectiva.

-->21:20

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} } Defino Ψ:{0,2}NC\varPsi:\{ 0,2 \}^{\mathbb{N}}\to C. Así, dada (xn)n{0,2}N(x_{n})_{n}\subseteq \{ 0,2 \}^{\mathbb{N}} tomo:

In+1={L(In)xn=0R(In)xn=2I_{n+1}=\begin{cases} L(I_{n}) & x_{n}=0 \\ R(I_{n}) & x_{n}=2 \end{cases}

Así, InFnnI_{n}\in\mathcal{F}_{n}\quad\forall n Ponemos Ψ((xn)n)=x,\varPsi((x_{n})_{n})=x, con {x}=nIn\{ x \}=\bigcap_{n}I_{n} (existe xx por teorema de la intersección de Cantor)


Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

EM, Sea p:E{V,F} Decimos que p se cumple en casi todo punto de E siμ({xE: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}

Not:Not:

  • p(x) para casi todo xEp(x) \text{ para casi todo } x\in E
  • p(x)c.t.p.xEp(x)\:c.t.p.\:x \in E o p(x)a.e.p(x)\:a.e. (almost everywhere)
  • xE,p(x)p.p.xEx \in E,p(x)\:p.p.x \in E (Francés)

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

ER su funcioˊn caracterıˊstica es XE:R{0,1} XE(x)={1xE0x∉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}

Ejemplo:Ejemplo:

XC(x)=0p.p.x[0,1]\mathcal{X}_{C}(x)=0\quad p.p.\:x \in[0,1] pues {x[0,1]:XC(x)0}=C\{ x \in[0,1]:\mathcal{X}_{C}(x)\neq0 \}=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

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