#25

2C2025 - Teo Integral 1 - with Audio transcribe

35 min de lectura

Aquí tienes la nota consolidada. Se han integrado los comentarios del profesor para aclarar demostraciones, motivar definiciones y resaltar estrategias de resolución de ejercicios, manteniendo la estructura original de la nota.


Lo que quedó pendiente de la teo anterior

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

Si f,g:ER medibles     f+g medible.\begin{array}{l} \text{Si $f,g:E\to \mathbb{R}$ medibles $\implies f+g$ medible.} \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }

Supongamos que {f=+}=={g=±}\{ f=+\infty \}=\emptyset=\{ g=\pm \infty \}

Si aRa \in \mathbb{R} {f+g<a}\{ f+g<a \} es medible

Veamos que

{f+g<a}=qQ{f<g}medible{g<aq}medible\{ f+g<a \}=\bigcup_{q \in \mathbb{Q}}\underbrace{ \{ f<g \} }_{ \text{medible} }\cap \underbrace{ \{ g<a-q \} }_{ \text{medible} }

-- 00:00

Comentario del profesor:

"La moraleja de esto es: para ver que un conjunto es medible lo tengo que escribir como unión, intersección, numerable de medibles y tengo que ser ingenioso."

)\supseteq)

Si x{f<q}{q<ag}x \in \{ f<q \}\cap \{ q<a-g \}

    f(x)+g(x)<q+g(x)<ag(x)+g(x)=a\implies f(x)+g(x)<q+g(x)<a-g(x)+g(x)=a

Comentario del profesor [00:00:30 - 00:01:20]:

La idea es que si xx está en esa intersección para algún qq, entonces f(x)<qf(x) < q y q<ag(x)q < a - g(x). Sumando g(x)g(x) a ambos lados de la desigualdad de qq, obtenemos f(x)+g(x)<q+g(x)<af(x) + g(x) < q + g(x) < a.

)\subseteq)

Usamos esto: AB    XBXAA\subseteq B\implies X \setminus B \subseteq X \setminus A

Tomemos xE.x \in E. qQf(x)<q\:\exists\:q \in \mathbb{Q}\bigm|f(x)<q

(qn)nNQf(x)<qnqnf(x)\:\exists\:( q_{n} )_{n \in \mathbb{N}}\subset \mathbb{Q}\bigm| f(x)<q_{n}\land q_{n}\searrow f(x)

Si xqQ{f<q}{g<aq}x\neq \bigcup_{q \in \mathbb{Q}}\{ f<q \}\cap \{ g<a-q \}

    f(x)<qn    g(x)aqn\implies f(x)<q_{n}\implies g(x)\geq a- q_{n}

    f(x)+g(x)f(x)+aqnnN\implies f(x)+g(x)\geq f(x)+a-q_{n}\quad\forall n\in \mathbb{N}     f(x)+g(x)f(x)+af(x)=a\implies f(x)+g(x)\geq f(x)+a-f(x)=a     x∉{f+g<a}\implies x \not\in \{ f+g<a \}

Comentario del profesor [00:03:51 - 00:04:06]:

La clave aquí es que puedo acercar a ff tanto como yo quiera con un número racional un poco más grande (qnf(x)q_n \searrow f(x)). Si xx no pertenece a la unión, no está en ninguno de esos conjuntos para ningún qq, lo que nos permite derivar la desigualdad opuesta.


Sea φ:ER{\Large\varphi}:E\to \mathbb{R} simple medible y φ0{\Large\varphi}\geq 0

Existe partición finita E1,,EnE_{1},\dots,E_{n} medibles E=i=1˙Ei\bigm|\displaystyle E=\dot{\bigcup_{i=1}}E_{i}

y α1,,αn0l=αiXEi    I(l)=i=1nαiμ(Ei)\alpha_{1},\dots,\alpha_{n}\geq 0\bigm|\mathscr{l}=\sum \alpha_{i}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}}\implies I(\mathscr{l})=\displaystyle \sum_{i=1}^{n}\alpha_{i}\cdot \mu(E_{i})

Comentario del profesor [00:10:00 - 00:13:07]:

Estamos definiendo la integral basándonos en el área de rectangulitos: base por altura. La altura es el αi\alpha_i y la base la medimos con la medida μ\mu. Para las funciones simples, la integral es simplemente la suma de "base (EiE_i) por altura (αi\alpha_i)".


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

Sean φ,ϕ:ER con φ,ϕ0 simples medibles. 1. I(φ+ϕ)=I(φ)+I(ϕ) 2. I(αφ)=αI(φ) \begin{array}{l} \text{Sean ${\Large\varphi},\phi:E\to \mathbb{R}$ con ${\Large\varphi},\phi\geq 0$ simples medibles. }\\ \text{1. $I({\Large\varphi}+\phi)=I({\Large\varphi})+I(\phi )$ } \\ \text{2. $I(\alpha\cdot {\Large\varphi})=\alpha\cdot I({\Large\varphi})$ } \end{array}

Dem 1):{\color{Orange} \text{Dem 1):} }

Sean E1,,EnE_{1},\dots,E_{n} medibles disjuntos, α1,,αn0\alpha_{1},\dots,\alpha_{n}\geq 0

D1,...,DmD_{1},...,D_{m} medibles disjuntos β1,,βm0\beta_{1},\cdots,\beta _m\geq 0

tal que

E=n˙Ei=m˙DjE=\dot{\bigcup^n} E_{i} =\dot{\bigcup^m}D_{j} φ=i=1nαiXEi,ϕ=j=1mβjXDj{\Large\varphi}=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}} ,\quad \phi=\sum_{j=1}^{m} \beta_{j}\cdot\mathcal{X}_{D_{j}}

Comentario del profesor [00:20:00 - 00:21:47]:

El problema al sumar es que los EiE_i son disjuntos entre sí y los DjD_j son disjuntos entre sí, pero EiE_i y DjD_j pueden no serlo (se solapan). Para poder sumar correctamente las alturas (αi+βj\alpha_i + \beta_j), necesitamos "disjuntar" todo el espacio, creando una grilla común mediante la intersección EiDjE_i \cap D_j.

Como E=i˙j˙EiDj\displaystyle E=\dot{\bigcup_{i}}\dot{\bigcup_{j}}E_{i}\cap D_{j} y φ+ϕ(x)=αi+βjxEiDj{\Large\varphi}+\phi(x)=\alpha_{i}+\beta_{j}\quad\forall x \in E_{i}\cap D_{j}

    φ+ϕ=i=1nj=1m(αi+βj)XEiDj\implies {\Large\varphi}+\phi=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} (\alpha _{i}+\beta_{j})\cdot \mathcal{X}_{E_{i}\cap D_{j}} I(φ+ϕ)=i=1nj=1m(αi+βj)μ(EiDj)I({\Large\varphi}+\phi)=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} (\alpha_{i}+\beta_{j})\cdot\mu(E_{i}\cap D_{j}) =i=1nj=1mαiμ(EiDj)+βjμ(EiDj)=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} \alpha_{i}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j})+\beta_{j}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j}) =i=1nj=1mαiμ(EiDj)+i=1nj=1mβjμ(EiDj)=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} \alpha_{i}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j})+\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m}\beta_{j}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j})

Comentario del profesor [00:30:31 - 00:34:00]:

Aquí usamos que la suma es finita para reordenar y sacar factor común. Al fijar ii y mover jj, estamos sumando todos los pedacitos disjuntos (EiDjE_i \cap D_j) que componen EiE_i. La suma de las medidas de las partes disjuntas nos da la medida del total (μ(Ei)\mu(E_i)).

=i=1nαij=1mμ(EiDj)+j=1mβji=1nμ(EiDj)=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot \sum_{j=1}^{m} \mu(E_{i}\cap D_{j})+\sum_{j=1}^{m} \beta_{j}\sum_{i=1}^{n} \mu(E_{i}\cap D_{j}) =i=1nαiμ(Ei)+j=1mβjμ(Dj)=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot \mu(E_{i})+\sum_{j=1}^{m} \beta_{j}\cdot \mu(D_{j}) =I(φ)+I(ϕ)=I({\Large\varphi})+I(\phi)

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Teorema\begin{array}{l} \text{Teorema} \end{array}

Sea f:ERf:E\to \mathbb{R} medible.

Ef=Efdμ=Ef(x)dμ(x)\int_{E} f =\int_{E} f \, d\mu =\int_{E}f(x) \,\, d\mu(x) =sup{I(φ):0φf,φ simple medible}=\underset{ }{ \sup }\{ I({\Large\varphi}):0\leq {\Large\varphi}\leq f,{\Large\varphi} \text{ simple medible} \}

Comentario del profesor:

¿Qué es esto? Me doy una función medible y sé que tengo un montón de funciones simples que están por debajo de ella. A cada función simple por debajo le calculo la integral (que ya sé hacer). El supremo de todas esas integrales será la integral de ff.


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

Si f:ER simple medible con f0Ef=I(f)\begin{array}{l} \text{Si $f:E\to \mathbb{R}$ simple medible con $f\geq 0$}\\ \displaystyle \int_{E} f=I(f) \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }

Ver que si 0φf0\leq {\Large\varphi}\leq f simple medible     I(φ)I(f)\implies I({\Large\varphi})\leq I(f)

Queda como ejercicio.

--46:35, Al final si dió la demo

Sean φ,f:ER{\Large\varphi},f:E\to \mathbb{R} simples medibles.

f=i=1nαiXEiφ=j=1mβjXDjf=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}} \quad \quad {\Large\varphi}=\sum_{j=1}^{m} \beta _{j}\cdot\mathcal{X}_{D_{j}} f=i=1nαiXEi˙jDj=i=1nj=1mαiXEiDjf=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot \mathcal{X}_{E_{i}\cap\displaystyle \dot{\cup}_{j}D_{j}} =\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} \alpha_{i}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}\cap D_{j}}

De la misma manera

φ=j=1mi=1nβjXEiDj{\Large\varphi}=\sum_{j=1}^{m} \sum_{i=1}^{n} \beta_{j}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}\cap D_{j}}

Si xEiDjx \in E_{i}\cap D_{j} f(x)=αif(x)=\alpha_{i} y φ(x)=βj    αiβj{\Large\varphi}(x)=\beta_{j}\implies\alpha_{i}\geq\beta_{j}

Esto ultimo porque suponemos que fφf\geq {\Large\varphi}

I(φ)=i=1nj=1mBjμ(EiDj)i=1nj=1mαiμ(EiDj)=I(f)I({\Large\varphi})=\sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} B_{j}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j})\leq \sum_{i=1}^{n} \sum_{j=1}^{m} \alpha_{i}\cdot \mu(E_{i}\cap D_{j})=I(f)

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

f:ER. Si E es nulo, Efdμ=0 \begin{array}{l} \text{$f:E \to \mathbb{R}$. Si $E$ es nulo, $\displaystyle \int_{E} f \, d\mu=0$ } \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }

Si φ:ER{\Large\varphi}:E\to \mathbb{R} simple tal que φf{\Large\varphi}\leq f

φ=i=1nαiXEiE=˙i=1nEi{\Large\varphi}=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot\mathcal{X}_{E_{i}}\quad \quad E=\dot{\bigcup}_{i=1}^n E_{i} I(φ)=i=1nαiμ(Ei)=0=0I({\Large\varphi})=\sum_{i=1}^{n} \alpha_{i}\cdot \underbrace{ \mu(E_{i}) }_{ =0 }=0

Comentario del profesor [00:56:10 - 00:56:40]:

Si el conjunto EE es nulo, su medida es cero. Como los EiE_i están dentro de EE, todos tienen medida cero. Por lo tanto, la integral de cualquier función simple por debajo es 0. El supremo de ceros es 0.


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

Sean f,g:ER medibles con 0fg Efdμ=Egdμ\begin{array}{l} \text{Sean $f,g:E\to \mathbb{R}$ medibles con $0\leq f\leq g$ }\\ \displaystyle \int_{E}f \, d\mu =\int_{E} g \, d\mu \end{array}

Dem:{\color{Orange} \text{Dem:} }

Si 0φf0\leq {\Large\varphi}\leq f es simple medible     φg\implies {\Large\varphi}\leq g

Comentario del profesor [00:58:18 - 00:59:30]:

Piénsenlo geométricamente: si ff está debajo de gg, el área bajo ff debería ser menor. Formalmente: cualquier función simple que esté debajo de ff automáticamente está debajo de gg. Como el conjunto de simples debajo de gg incluye a las de ff (y quizás más), el supremo para gg será mayor o igual.

--59:30


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

proposicion\begin{array}{l} \text{proposicion} \end{array}

Sea f:ERf:E\to \mathbb{R} medible con f0f\geq 0 y AEA\subseteq E medible.

    Afdμ=EfXAdμ\implies \int_{A} f \, d\mu =\int_{E} f\cdot \mathcal{X}_{A} \, d\mu

Luego

AfdμEfdμ\int_{A} f \, d\mu \leq \int_{E} f \, d\mu

pues fXAff\cdot\mathcal{X}_{A}\leq f

Comentario del profesor [01:01:19 - 01:02:43]:

Integrar sobre un subconjunto AA es lo mismo que ver la función restringida a AA, o equivalentemente, ver una función definida en todo EE que vale lo que ff en AA y 0 afuera (fχAf \cdot \chi_A). Como fχAff \cdot \chi_A \leq f (porque χA\chi_A es 0 o 1), la integral sobre el pedacito es menor o igual a la integral sobre todo.


Obs:Obs:

Vimos que puede ocurrir que

fnf pero fnff_{n} \longrightarrow f\text{ pero } \int f_{n}\cancel{ \longrightarrow } \int f

Ejemplos:

fn(x)={n2x0x12nn2(1nx)12nx1n0x>1nf_{n}(x)=\begin{cases} n^{2}x & 0\leq x\leq \frac{1}{2n} \\ n^{2}\left( \frac{1}{n}-x \right) & \frac{1}{2n}\leq x \leq \frac{1}{n} \\ 0 & x> \frac{1}{n} \end{cases}

Comentario del profesor:

Vimos que el área de esas funciones (triangulitos que se hacen altos y finitos) no tendía a 0, aunque la función convergía puntualmente a 0. Esto es un problema porque queremos que el límite entre dentro de la integral.


Teorema de convergencia monótona

Sean (fn)nN( f_{n} )_{n \in \mathbb{N}} sucesión de funciones medibles positivas y sea ff medible tal que fnff_{n}\to f

Si fnfn+1nNf_{n}\leq f_{n+1} \quad\forall n\in \mathbb{N} (monótonas crecientes, fnff_{n}\nearrow f) entonces

limnEfndμ=Elimnfndμ=Efdμ\underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E} f_{n} \, d\mu =\int_{E} \underset{ n\to \infty }{ \lim } f_{n} \, d\mu =\int_{E}f \, d\mu

Dem:Dem:

Se deja como ejercicio.

Comentario del profesor [01:10:39 - 01:12:43]:

Esta es la gran ventaja de la integral de Lebesgue sobre Riemann. Con este nuevo concepto, si la convergencia es puntual y va para arriba (monótona creciente), sí puedo meter el límite adentro de la integral. Usaremos esto para probar propiedades de la integral general aproximando con simples.


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

Teorema\begin{array}{l} \text{Teorema} \end{array}

Sean f,g:ERf,g:E\to \mathbb{R} medibles y positivas y sea λ>0\lambda>0. Entonces

Ef+λgdμ=Efdμ+λEgdμ\int_{E} f+\lambda \cdot g \, d\mu =\int_{E} f \, d\mu +\lambda\cdot \int_{E} g \, d\mu

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

Ef+λgdμ=I(f+λg)=I(f)+λI(g)=Efdμ+λEgdμ\int_{E} f+\lambda g \, d\mu =I(f+\lambda g)=I(f)+\lambda \cdot I(g)=\int_{E} f \, d\mu +\lambda\int_{E} g \, d\mu

Por algo anterior existen (φn)nN( {\Large\varphi}_{n} )_{n \in \mathbb{N}} medibles simples positivas con φnf{\Large\varphi}_{n}\nearrow f

Existen (ϕn)nN( \phi_{n} )_{n \in \mathbb{N}} medibles simples positivas tal que ϕng\phi_{n}\nearrow g

Luego

φn+λϕnf+λg{\Large\varphi}_{n}+\lambda \cdot \phi_{n}\nearrow f + \lambda \cdot g

Comentario del profesor [01:23:57 - 01:24:37]:

Estrategia general: Si quiero probar algo para integrales de funciones medibles, me fijo si vale para simples. Si vale para simples, tomo una sucesión de simples que converja monótonamente a mi función, "meto el teoremón" (Convergencia Monótona) para sacar el límite, y sale.

Ef+λgdμ=Elimnφn+λϕndμ=teor conv monlimnEφn+λϕndμ\int_{E} f+\lambda \cdot g \, d\mu =\int_{E} \underset{ n\to \infty }{ \lim } {\Large\varphi}_{n}+\lambda \cdot \phi_{n} \, d\mu \underbrace{ = }_{ \text{teor conv mon} } \underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E} {\Large\varphi}_{n} + \lambda \cdot \phi_{n} \, d\mu =φn+λϕn son simpleslimnEφndμ+λEϕndμ=limnEφndμ+λlimnEϕndμ\underset{ {\Large\varphi}_{n}+\lambda \phi_{n }\text{ son simples} }{ = }\underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E} {\Large\varphi}_{n} \, d\mu +\lambda \int_{E} \phi_{n} \, d\mu =\underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E} {\Large\varphi}_{n} \, d\mu + \lambda\underset{ n\to \infty }{ \lim } \int_{E} \phi_{n} \, d\mu =teor conv monElimnφndμ+λElimnϕndμ=Efdμ+λEgdμ\underset{ \text{teor conv mon} }{ = } \int_{E} \underset{ n\to \infty }{ \lim } {\Large\varphi}_{n} \, d\mu +\lambda \cdot \int_{E} \underset{ n\to \infty }{ \lim } \phi_{n} \, d\mu =\int_{E} f \, d\mu +\lambda \cdot \int_{E}g \, d\mu

Corolario:{\color{Red}\text{Corolario}:}

Corolario\begin{array}{l} \text{Corolario} \end{array}

Sea f:ERf:E\to \mathbb{R} medible positiva

Sean E1,E2EE_{1},E_{2}\subseteq E medibles con E1E2=E_{1}\cap E_{2}=\emptyset

E1˙E2fdμ=E1fdμ+E2fdμ\int_{E_{1}\dot{\bigcup}E_{2}} f \, d\mu =\int_{E_{1}} f \, d\mu +\int_{E_{2}} f \, d\mu

Dem:{\color{Red} \text{Dem}:}

E1˙E2f=EfXE1˙E2=Ef(XE1+XE2)\int_{E_{1}\dot{\cup}E_{2}}f=\int_{E}f \cdot\mathcal{X}_{E_{1}\dot{\cup}E_{2}} =\int_{E}f\cdot (\mathcal{X}_{E_{1}} +\mathcal{X}_{E_{2}} ) =EfXE1+fXE2=EfXE1+EfXE2=E1f+E2f=\int_{E}f\cdot\mathcal{X}_{E_{1}} +f \cdot \mathcal{X}_{E_{2}} =\int_{E}f \cdot \mathcal{X}_{E_{1}} + \int_{E}f \cdot \mathcal{X}_{E_{2}}=\int_{E_{1}}f + \int_{E_{2}}f

Comentario del profesor:

Esto nos dice que puedo "disjuntar" el espacio e integrar pedazo por pedazo. Usamos la característica de la unión disjunta, que es la suma de las características (χE1E2=χE1+χE2\chi_{E_1 \cup E_2} = \chi_{E_1} + \chi_{E_2} pues son disjuntos).


Corolario:{\color{Red}\text{Corolario}:}

Corolario\begin{array}{l} \text{Corolario} \end{array}

Sean f,g:ERf,g:E\longrightarrow \mathbb{R} medibles positivas. Si f=gf=g en casi todo punto

Ef=Eg\int_{E} f = \int_{E}g

Dem:{\color{Red} \text{Dem}:}

--01:36:00

Ef=E{f=g}f+E{fg}f=E{f=g}g+0Eg\int_{E}f=\int_{E\cap \{ f=g \}} f+ \int_{E\cap \{ f\neq g \}}f=\int_{E\cap \{ f=g \}}g+0 \leq \int_{E}g     EfEg\implies \int_{E}f\leq \int_{E}g

Análogamente empiezo con gg y obtenga la otra desigualdad.

Comentario del profesor [01:34:52 - 01:36:08]:

La integral es base por altura. Si la función cambia solo en un conjunto donde la base tiene medida cero, eso no cuenta en el área. Para la demo, partimos el espacio en "donde son iguales" (ahí integran lo mismo) y "donde son distintos" (que es nulo, así que la integral es 0).


Corolario:{\color{Red}\text{Corolario}:}

Corolario\begin{array}{l} \text{Corolario} \end{array} RXQ=0\int_{\mathbb{R}} \mathcal{X}_{\mathbb{Q}} = 0

Dem:{\color{Red} \text{Dem}:}

Como μ(Q)=0    XQ0\mu(\mathbb{Q})= 0\implies\mathcal{X}_{\mathbb{Q}}\equiv0 en casi todo punto. Además E0=0\displaystyle \int_{E}0=0

Comentario del profesor:

Riemann tenía un problema con esta función (la de Dirichlet) porque no podía integrarla. Nosotros vemos que es igual a 0 en casi todo punto (porque μ(Q)=0\mu(\mathbb{Q})=0), así que su integral es la misma que la integral de la función 0, que es 0.


Corolario:{\color{Red}\text{Corolario}:}

Corolario\begin{array}{l} \text{Corolario} \end{array}

Sea f:ERf:E\longrightarrow \mathbb{R} medible y positiva.

Ef=0\displaystyle \int_{E}f=0 si y solo si f=0f=0 en casi todo punto.

Dem:{\color{Red} \text{Dem}:}

    )\implies)

--01:44:12

Sea En={f>1n}E_{n}=\left\{ f> \frac{1}{n} \right\} medible.

Z={f=0}Z=\{ f=0 \} 0=Ef=Z˙(nEn)f=Zf+nEnf=0+Enf0=\int_{E}f=\int_{Z\dot{\cup}\left( \bigcup_{n}E_{n} \right)} f=\int_{Z}f+\int_{\bigcup_{n}E_{n}}f=0+\int_{\bigcup E_{n}}f Enf>En1n=E1nXEn=1nμ(En)\geq \int_{E_{n}}f> \int_{E_{n}} \frac{1}{n}=\int_{E} \frac{1}{n}\cdot\mathcal{X}_{E_{n}} = \frac{1}{n} \cdot \mu(E_{n})     01nμ(En)0    μ(En)=0\implies_{0}\geq \frac{1}{n}\cdot \mu(E_{n})\geq 0\implies \mu(E_{n})= 0     μ({f0})=μ(nNEn)limnμ(En)=0\implies \mu(\{ f\neq 0 \})=\mu\left( \bigcup_{n\in \mathbb{N}}E_{n} \right)\leq \underset{ n\to \infty }{ \lim } \mu(E_{n})= 0

Comentario del profesor:

La lógica es: si la función no es cero en un conjunto de medida positiva, en algún momento tiene que ser mayor que 1/n1/n en un conjunto de medida positiva. Al integrar sobre ese EnE_n, obtendríamos un área mayor a 0 (base μ(En)>0\mu(E_n) > 0 por altura 1/n1/n), lo cual contradice la hipótesis.


Obs:Obs:

Si f,g0f,g\geq 0

Me gustaría que

fg=fg\int f-g=\int f - \int g

Comentario del profesor:

Tiene sentido porque si uno piensa en el área por arriba del eje y el área por debajo, para la parte de abajo tendría que poner un menos.


Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Teorema\begin{array}{l} \text{Teorema} \end{array}

Sea f:ERf:E\to \mathbb{R}

f+={f(x)f(x)00f(x)<0,f={f(x)f(x)<00f(x)0f^{+} =\begin{cases} f(x) & f(x)\geq 0 \\ 0 & f(x)< 0 \end{cases},\quad f^{-} =\begin{cases} -f(x) & f(x)< 0 \\ 0 & f(x)\geq 0 \end{cases}

f+0,f0f^{+}\geq 0,f^{-}\geq 0

Además

f=f+ff=f^{+} -f^{-} f+=fX{f0}f=fX{f0}f^{+} =f \cdot \mathcal{X}_{\{ f\geq 0 \}} \quad \quad f^{-} =-f \cdot\mathcal{X}_{\{ f\leq 0 \}}

Def. :{\color{Cyan} \text{Def. :} }

Teorema\begin{array}{l} \text{Teorema} \end{array}

f:ERf:E\to \mathbb{R} medible.

Ef=Ef+Ef\int_{E}f=\int_{E}f^{+} - \int_{E}f^{-}

Ejercicio: Todo lo que hicimos para funciones positivas (f0f\geq 0 ) vale para ff en general

Comentario del profesor:

Típico ejercicio/truco de examen: Si quiero demostrar algo para una función general ff, primero lo demuestro para funciones positivas, y luego uso esta descomposición (f=f+ff = f^+ - f^-) para extender el resultado.


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