c i χ Ai (x) f(x) = f(x)dx = c i m(a i ) R

Documenti analoghi
A.A. 2015/16 REGISTRO ELETTRONICO DELLE LEZIONI

Teoria di Lebesgue. P n E = n=1

La convergenza uniforme

Analisi 2. Roberto Monti. Appunti del Corso - Versione 5 Ottobre 2012

COMPLEMENTI DI ANALISI MATEMATICA DI BASE. Prova scritta del 26 gennaio 2005

A.A. 2015/2016 Corso di Analisi Matematica 2

14. Confronto tra l integrale di Lebesgue e l integrale di Riemann.

A.A. 2016/17. ISTITUZIONI DI ANALISI SUPERIORE 12 crediti, I semestre. Docenti: Prof. Luigi Muglia per i primi 6 crediti, io per gli ultimi 6 crediti.

1 Successioni di funzioni

CORSO DI ANALISI MATEMATICA 2 SOLUZIONI ESERCIZI PROPOSTI 15/04/2013

SUCCESSIONI E SERIE NUMERICHE E DI FUNZIONI

(2) se A A, allora A c A; (3) se {A n } A, allora +

Teoria della misura. Tiziano Vargiolu Dipartimento di Matematica Pura ed Applicata via Belzoni, Padova

ESERCIZI DI ANALISI FUNZIONALE. T(f) = g(x)f(x)dx

Serie di funzioni: esercizi svolti

Esercizi per il corso di Analisi 6.

Esercizi di Analisi Reale

CORSO DI ANALISI MATEMATICA 2 SOLUZIONI ESERCIZI PROPOSTI 18/03/2013

Pag. 151 Dimostrazioni dei criteri per lo studio della convergenza di serie numeriche

Analisi Matematica 1. Serie numeriche. (Parte 2) Dott. Ezio Di Costanzo.

CAPITOLO 9. Le serie di potenze

Il teorema di Stone Weierstrass

Dimostrazione. Indichiamo con α e β (finiti o infiniti) gli estremi dell intervallo I. Poniamo

SERIE NUMERICHE FAUSTO FERRARI

Alcuni Teoremi sulle funzioni continue e uniforme continuità

Serie trigonometriche e di Fourier Ci occuperemo di serie le cui ridotte N-esime sono polinomi trigonometrici di grado (o ordine) N:

Analisi Matematica 3 (Fisica) Prova scritta del 27 gennaio 2012 Uno svolgimento

non solo otteniamo il valore cercato per la validità della (1.4), ma anche che tale valore non dipende da

Un paio di esempi su serie e successioni di funzioni

Proprietà globali delle funzioni continue

Serie di Fourier - Esercizi svolti

SPAZI METRICI COMPLETI

Esercizi 1. 2) Sia X lo spazio delle funzioni integrabili secondo Riemann su [a, b]. Perché non è una metrica su X la funzione d(f, g) = b

Spazi di Funzioni. Docente:Alessandra Cutrì. A. Cutrì e Metodi Matematici per l ingegneria Ing. Gestionale

Diario del Corso di Analisi Matematica II - Mod. 2

Laurea in Informatica e Tecnologie per la Produzione del Software Corso di Analisi Matematica Successioni e loro limiti

Esempi. La successione {cos n} è limitata; {n ¾ } è limitata inferiormente ma non è limitata superiormente, quindi non è limitata.

1 Successioni di funzioni

1-Forme Differenziali

3. Successioni di insiemi.

Denizione di funzione continua e funzioni continue ed invertibili sui compatti

Leggi 0-1, successioni di v.a. stazionarie in senso stretto ed introduzione alla teoria ergodica

DERIVATA DI UNA FUNZIONE REALE. In quanto segue denoteremo con I un intervallo di IR e con f una funzione di I in IR.

Equazione di Laplace

Analisi Reale Anno Accademico Roberto Monti. Versione del 11 Dicembre 2014

Successioni di funzioni: esercizi svolti

SERIE NUMERICHE FAUSTO FERRARI

Il teorema di Goursat

Esame di Analisi Funzionale e Trasformate Prima prova in itinere. Maggio 2017 A.A. 2016/2017. Prof. M. Bramanti Tema A

Corso di Analisi Numerica - AN410. Parte 5: formule di quadratura. Roberto Ferretti

NOTE SULLE FUNZIONI CONVESSE DI UNA VARIABILE REALE

2. la ricerca di funzioni che hanno una derivata assegnata.

ANALISI MATEMATICA 3. esercizi assegnati per la prova scritta del 31 gennaio 2011

Dato un intervallo limitato A di estremi a e b con a b, si definisce misura dell intervallo il numero b a e si indica con :

Il teorema di Lusin (versione )

Soluzioni dello scritto di Analisi Matematica II - 10/07/09. C.L. in Matematica e Matematica per le Applicazioni

Analisi Matematica. Alcune dimostrazioni e verifiche relative al capitolo Limiti di successioni numeriche e di funzioni

L integrale di Lebesgue

ANALISI 1 1 QUINTA LEZIONE

COMPLETEZZA DELL INSIEME DEI NUMERI REALI R.

ANALISI MATEMATICA 1. (Ingegneria Industriale, corsi A e B) Esempi di prove scritte

APPUNTI DEL CORSO DI ANALISI MATEMATICA II

Approssimazione di Stirling

SIMULAZIONE TEST ESAME - 1

****** FUNZIONI MISURABILI E INTEGRAZIONE ******

11. Misure con segno.

ESERCIZI DI ANALISI MATEMATICA

Continuità di funzioni

Serie e Trasformata di Fourier

Esercitazione di Analisi Matematica I Esercizi e soluzioni 19/04/2013 TOPOLOGIA

Serie di Fourier. prof. Sergio Zoccante 27 gennaio 2011

Corso di laurea in Ingegneria civile - ambientale - edile Prova scritta del 3 febbraio Regole per lo svolgimento

MISURA E INTEGRALE DI LEBESGUE

Corso di Analisi Matematica Successioni e loro limiti

18. Caratterizzazione della convergenza in media: il teorema di Vitali.

F (x, y) := f(x y)g(y) (3)

A Analisi Matematica 1 (Corso di Laurea in Informatica e Bioinformatica) Simulazione compito d esame

COPPIE DI VARIABILI ALEATORIE

1 Cosa vuol dire misurabile secondo Lebesgue

8. Completamento di uno spazio di misura.

Limiti e continuità Test di autovalutazione

ANALISI 1 - Teoremi e dimostrazioni vari

17. Il teorema di Radon-Nikodym.

13. Integrazione in uno spazio di misura.

ANALISI DI FOURIER. 2πk. è periodica di periodo T. Più precisamente, essendo. T x + 2π = cos. s(x) = s x + T ) T +α. f(x) dx

2.1 La misura secondo Peano-Jordan

Massimo limite e minimo limite di una funzione

17 LIMITI E COMPOSIZIONE

Analisi Matematica III modulo

INTEGRALE INDEFINITO

Università di Foggia - Facoltà di Economia. Prova scritta di Matematica Generale - Vecchio Ordinamento - 04 giugno 2002

Luciano Pandolfi Politecnico di Torino Dipartimento di Matematica. Misura ed integrale di Lebesgue in IR n

ESERCITAZIONE 9: INTEGRALI DEFINITI. CALCOLO DELLE AREE E ALTRE APPLICAZIONI

x(y + z)dx dy dz y(x 2 + y 2 + z 2 )dx dy dz y 2 zdx dy dz Esempio di insieme non misurabile secondo Lebesgue.

COMPLETAMENTO DI SPAZI METRICI

Calcolo Numerico Laurea di base in Ingegneria Elettronica, Ingegneria delle Comunicazioni

Esistenza ed unicità per equazioni differenziali

L insieme di Cantor. C n. C = n. n=0. per cui utilizzando la formula della somma di una serie geometrica, si ha [0, 1] \ C = 1 e di conseguenza

Il Metodo di Newton, o delle Tangenti Federico Lastaria, Analisi e Geometria 1. Politecnico di Milano Corso di Analisi e Geometria 1

MISURA ED INTEGRAZIONE Appunti del Corso Analisi Matematica 4 Anno Accademico

Transcript:

1. Integrale di Lebesgue in La differenza fondamentale tra integrale di Lebesgue e integrale di iemann consiste nella diversa scelta delle decomposizioni su cui sostanzialmente si basa ogni integrale: l integrale di iemann decompone in intervalli l intervallo di integrazione, l integrale di Lebesgue decompone in intervalli l immagine della funzione integranda. Sia 1.1. Il caso delle funzioni semplici. f(x) = n c i χ i (x) i=1 nulla al di fuori di un insieme di misura finita. Essendo le χ i (x) le funzioni caratteristiche degli insiemi misurabili i : si definisce, con scelta assolutamente obbligata, n f(x)dx = c i m( i ) L integrale definito sopra è lineare nella funzione integranda e monotono, nel senso che se ϕ(x) ψ(x) allora ϕ(x)dx ψ(x)dx Osservazione 1.1. La rappresentazione di una funzione semplice come combinazione lineare di funzioni caratteristiche naturalmente non è unica: si chiama rappresentazione canonica quella n f(x) = a j χ Bj (x) i=1 i=1 in cui gli a j sono tutti e soli i diversi valori possibili di f e B j sono i corrispondenti insiemi di livello. La definizione dell integrale é buona se mostriamo che il valore non cambia se riferito a due diverse rappresentazioni della stessa funzione: cosa che naturalmente accade in conseguenza della additivitá della misura. 1.2. Funzioni limitate su insiemi di misura finita. Se f(x) é misurabile e limitata su un insieme di misura finita si costruiscono facilmente per ogni ε > 0 due funzioni semplici ϕ(x), ψ(x) tali che ϕ(x) f(x) ψ(x), ψ(x) ϕ(x) ε 1

2 Teorema 1.2. Sia f misurabile e limitata su un insieme di misura finita E, allora inf ψ(x)dx = sup ϕ(x)dx ψ f f ϕ Il comune valore viene assunto come valore dell integrale di f. Proposizione 1.3. Se f è integrabile secondo iemann in [a, b] allora il valore dell integrale di iemann e quello di Lebesgue coincidono. 2. Successioni di funzioni misurabili Il risultato piú importante di cui si fa correntemente uso nell ambito della teoria é il fatto che la convergenza puntuale mantiene la misurabilitá: si noti che, in generale la convergenza puntuale non mantiene né la continuitá né la integrabilitá secondo iemann. Il fatto che mantenga la misurabilitá dipende dal fatto che sia l estremo superiore che l estremo inferiore di una successione di funzioni misurabili é misurabile: accettato tale risultato ne deriva che sono misurabili sia il limite inferiore che il limite superiore di una successione di funzioni misurabili e quindi, nel caso in cui la successione sia convergente é misurabile il limite. Teorema 2.1. (Egoroff) Sia {f n (x)} una successione definita su un insieme misurabile E di misura finita, convergente quasi ovunque a f(x): allora comunque si fissi ε > 0 esiste un insieme E ε E tale che m(e E ε ) ε la successione converge uniformemente in E ε. Dimostrazione. 1 Scelto ε > 0 consideriamo, per ogni n, gli insiemi misurabili F n : { f n (x) f(x) > ε} Costruiamo con essi la successione decrescente di insiemi misurabili E m = Tenuto conto che, prima o poi, per ogni punto x 0 riesce f s (x 0 ) f(x 0 ) ε si riconosce che E m = m i=m 1 http://en.wikipedia.org/wiki/egorov s_theorem F i

2. SUCCESSIONI DI FUNZIONI MISUBILI 3 e quindi (qui si usa il fatto di stare dentro un insieme di misura finita) lim m(e m) = 0 m Esiste pertanto n ε tale che Ne segue che n n ε : m(e n ) ε x / E nε : m n ε f m (x) f(x) ε Osservazione 2.2. Il fenomeno illustrato dal precedente teorema di Egoroff (teorema anche attribuito all italiano Carlo Severini) era un tempo riferito con il titolo di convergenza quasi uniforme Esso infatti riconosce che ogni successione di funzioni che converga puntualmente, cioè punto per punto, in un insieme di misura finita E converge uniformemente in una parte E E ε di E, parte assai vicina ad E in quanto ne differisce solo per E ε insieme di misura piccola quanto si vuole. L esempio piú evidente del fenomeno si incontra pensando alla successione f n (x) = x n, x [0, 1] successione che converge in ogni punto ma, come è ben noto tenuto presente che la funzione limite f(x) è discontinua, non uniformemente. Tuttavia è facile riconoscere che tale successione converge uniformemente in ogni intervallino [0, 1 ε] [0, 1]. In questo caso l insieme E ε di Egoroff è l intervallino [1 ε, 1]. Teorema 2.3. Sia {f n } una successione di funzioni misurabili, equilimitate su E insieme misurabile di misura finita: allora detto f(x) = lim f n (x) f(x)dx = lim f n (x)dx Dimostrazione. Si tratta di un piccolo teorema di convergenza dominata 2 : si tratta di un sottoprodotto quasi ovvio del teorema di Egoroff, vedi 1.4. Si decompone E nelle due parti quella su cui la convergenza della successione è uniforme, quella su cui non c è tale uniformitá ma che ha misura piccola... 2 Il nome convergenza dominata si attribuisce tradizionalmente al successivo teorema 3.1, più generale, dovuto a Lebesgue stesso

4 2.1. Funzioni non negative. Per le funzioni non negative anche non limitate, si definisce: f(x)dx = sup ψ(x)dx ψ f essendo l estremo superiore preso al variare di ψ tra le funzioni misurabili e limitate a supporto su un insieme di misura finita. Teorema 2.4. [Lemma di Fatou] Siano {f n (x)} non negative, e sia f(x) = lim f n (x) allora f(x)dx lim inf f n (x)dx Dimostrazione. Tenuto conto che f(x)dx è determinato tramite gli integrali h(x)dx delle funzioni misurabili h limitate e a supporto di misura finita, tali che 0 h(x) f(x), consideriamo l integrale di una di tali h. Consideriamo h n (x) = min{h(x), f n (x)}: la successione {h n (x)} converge ad h(x) ed è limitata, quindi, tenuto conto del precedente Teorema 1.6, h(x)dx = lim Ne segue quindi la tesi f(x)dx = sup h n (x)dx lim inf h(x)dx lim inf f n (x)dx f n (x)dx Corollario 2.5 (Teorema di Beppo Levi). Sia {f n (x)} una successione monotona crescente: detto f(x) il limite riesce f(x)dx = lim f n (x)dx Dimostrazione. Disponendo del precedente Lemma di Fatou il teorema di Beppo Levi diventa un semplice corollario. f n (x)dx f(x)dx = lim f n (x)dx nto da cui l asserto.

4. FUNZIONI SOMMBILI 5 3. ssoluta continuitá Teorema 3.1. Sia f(x) misurabile, non negativa e con integrale f(x)dx < + allora per ogni ε > 0 esiste δ ε > 0 tale che E, m() δ ε E f(x)dx ε Dimostrazione. Se f(x) M il risultato sarebbe ovvio dal momento che f(x)dx Mmis() Nel caso in cui f non sia limitata consideriamo la successione delle troncate { f(x) se f(x) n f n (x) = n se f(x) > n La successione {f n (x)} é monotona crescente: quindi per il teorema di Beppo Levi riesce da cui f(x)dx = lim f n (x)dx n ε : n n ε f(x)dx ε + f n (x)dx f(x)dx ε + n ε mis() 4. Funzioni sommabili Sia f(x) una qualsiasi funzione misurabile: siano f + ed f la sua parte positiva e la sua parte negativa, entrambe funzioni non negative. Se entrambe le due parti hanno integrale finito la f si dice sommabile e si definisce f(x)dx = f + (x)dx f (x)dx Teorema 4.1. (Lebesgue) Sia {f n (x)} una successione di funzioni sommabili in E riesca lim f n (x) = f(x) esista g(x) sommabile in E tale che n : f n (x) g(x).

6 iesce allora f(x) sommabile in E e f n (x)dx = lim E E f(x)dx Dimostrazione. La tesi si ricava da una duplice applicazione del Lemma di Fatou 1.7: f n (x) g(x) f(x) g(x), quindi f(x) é sommabile, { 0 g(x) + fn (x) g(x) + f(x) f n (x) f(x) 0 g(x) f n (x) g(x) f(x) pplicando il Lemma di Fatou alle due successioni si ottiene (g(x) + f(x))dx lim inf (g(x) + f n (x))dx, (g(x) f(x))dx lim inf (g(x) f n (x))dx ne segue { g(x)dx + f(x)dx g(x)dx + lim inf fn (x)dx g(x)dx f(x)dx g(x)dx + lim inf fn (x)dx { f(x)dx lim inf fn (x)dx f(x)dx lim sup f n (x)dx Da cui, riassumendo lim sup f n (x)dx f(x)dx lim inf f n (x)dx da cui la tesi.