实变函数测试题_参考答案

实变函数测试题1本试题参考答案由08统计班15号 李维提供 有问题联系151********1、设 212(0,1/),(0,),0,1,2...,n n A n A n n -===n 求出集列{A }的上限集和下限集合。

解：()∞=∞→,0lim n n A ；设()∞∈,0x .则存在N.使x N <.因此n N >时.0x n <<.即n A x 2∈.所以x 属于下标比N 大的一切偶指标集.从而x 属于无限多n A .得n n A x ∞→∈lim 又显然()∞⊂∞→,0lim n n A .所以()∞=∞→,0lim n n A 。

φ=∞→n n A lim ；若有n n A x ∞→∈lim .则存在 A.使任意n N >,有n A x ∈。

因此若21n N->时.12-∈n A x .即10x n <<.令∞→n 得00x <≤.此不可能.所以φ=∞→n n A lim 。

2、证明：()f x 为[,]a b 上连续函数的充分必要条件是对任意实数c .集{}()E x f x c =≥和{}1()E x f x c =≤都是闭集。

证明：必要性：若()f x 是[],a b 上连续函数.由第二章习题8可知1E 和E 是闭集。

充分性：若1E 和E 都是闭集。

若有[]0,x a b ∈.()f x 在0x 点不连续。

则存在()()00000,,n n x x f x f x εε>→≥+.或()()00ε-≤x f x f n .不妨设出现第一种情况。

令()00ε+=x f c .则(){}c x f x E x n ≥=∈.而E x ∉0（因为c x f x f =+<000)()(ε）.此与E 是闭集相矛盾。

所以()f x 在[],a b 上是连续的。

证毕。

3、设nR E ⊂是任意可测集.则一定存在可测集δG 型集G.使得EG ⊃,且()0=-E G m3．由外侧度定义.对任意正整数n .存在开集E G n ⊃,使n E G m n 1)(<-.令 ∞==1n n G G .则G 为δG 型集.E G ⊃且 2,1,1)()(=<-≤-n nE G m E G m n 故0)(=-E G m 。

证毕。

4、设,nA B R ⊂.A B ⋃可测.且()m A B ⋃<+∞.若()**mA B m A m B ⋃=+.则,A B皆可测。

4．证明：先证A 可测：存在δG 型集B G ⊃使得B m mG *=。

令A G B A Q ⊂-⋃=。

G G B A B A ⋃-⋃=⋃])[(.()mG mQ mG G B A m B A m +=+-⋃≤⋃])[(。

因为*(),()m A B m G m B m A B ⋃<∞=≤⋃<+∞,A m mG -B m A m mG -B)(A ***=+=⋃≥m mQ ,即A m mQ *≥,又A Q ⊂,所以A m mQ *≤,所以A m mQ *=.*A (A B)m m ≤⋃<+∞.所以.0)(*=-Q A mQ Q A A ⋃-=)(,因为Q 可测.A Q -可测.所以A 可测。

同理可证B 可测。

证毕。

5、写出鲁津定理及其逆定理。

并证明鲁津定理的逆定理。

5．鲁津定理：设()f x 是E 上a.e.有限的可测函数.则对任意0δ>.存在闭子集E F ⊂δ.使()f x 在δF 上是连续函数.且(\)m E F δδ<.逆定理：设()f x 是E 上的函数.对0δ∀>.总存在闭子集E E ⊂δ.使得()f x 在δE 上是连续函数.且()m E E δδ-<.则.()f x 是E 上a.e.有限的可测函数。

证明：对任意1n .存在闭子集E E n ⊂,使()f x 在n E 上连续且nE E m n 1)(<-,令 ∞=-=10n n E E E .则对任意n .有()011n n n mE m E E m E E n ∞=⎛⎫=-≤-< ⎪⎝⎭。

令∞→n .得∞=∞==⋃=⋃-==001000)()(.0n nn n E E E E E E E mE 。

对任意实数 a.[][][]01n n E f a E f a E f a ∞=⎛⎫>=>⋃> ⎪⎝⎭.由()f x 在n E 上连续.可知[]n E f a >可测.而[]()**000m E f a m E >≤=.所以[]a f E >0也可测.从而[]a f E >是可测的。

因此()f x 是可测的。

因为()f x 在n E 上有限.故在∞=1n n E 上有限.所以()f x a.e.有限。

证毕。

6、设)(x f 是E 上的可测函数.G 为开集.F 为闭集.试问])(|[G x f x E ∈与])(|[F x f x E ∈是否是可测集.为什么？6.由已知 则开集G 可写成直线上可列个开集的并集.即ii i b a G ),(=.()()()i i iiiiE x f x G E x a f x b E x f a E x f b ⎡⎤⎡∈⎤=<<=⎡>⎤⋂⎡<⎤⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦.则可知[]G x f x E ∈)(是可测集。

由()[]()[]C C F x f x E F x f x E ∈=∈)(.则可知()[]F x f x E ∈也是可测集。

证毕。

7、设在Cantor 集0P 上定义函数()f x =0.而在0P 的余集中长为13n的构成区间上定义为n （1,2,3,=n ）,试证()f x 可积分.并求出积分值。

7．f(x)是非负可测函数.因而积分确定.只要证明积分有限即可。

设n E 是0P 的余集中长为n31的构成区间之并.则nn n mE 321-=.因此()[]10,11112()33nn nn E n n n f x d x fxd x n m E n -∞∞∞======⋅=∑∑∑⎰⎰.所以()f x 可积.且积分值为3。

证毕。

8、设{}n f 为E 上非负可积函数列.若lim ()0,n En f x dx →∞=⎰则()0n f x ⇒。

8．对任意0>σ.由于n f 非负可知：[][]⎰⎰≥≤≤≥σσσn f E En n n dx f dx x f f mE .)(1 ().n n E mE f f x dx σσ⎡≥⎤≤⎣⎦⎰因此1lim lim ()0n n En n mE f f x dx σσ→∞→∞⎡≥⎤==⎣⎦⎰.即.0)(⇒x f n 证毕。

9、设)(x f 是E 上a.e. 有限的可测函数.+∞<mE 。

试证明对0>∀ε.存在E 上a.e. 有界的可测函数)(x g .使得 ε<>-]0|[|g f mE 。

9．因为()f x 是E 上的 a.e.有限的可测函数.设[]∞==f E D .0mD =.令[]k E E f k =>故有 ⊃⊃⊃321E E E ∞=∞→==1lim k k k k E E D所以0lim lim ===∞→∞→mD E m mE k k k k .故0,0k ∃>∀ε.使得ε<0K mE令g(x)=⎪⎩⎪⎨⎧∈-∈=000)()(K K E x E E x x f x g 故00K mE f g mE ε⎡->⎤=<⎣⎦。

证毕。

10、求证120111ln 1()∞==-+∑⎰p n x dx x x p n , (1)p >-。

10.由于当∑∑∑⎰⎰∑∑∞=∞=∞=++∞=+∞=+=++==-≥∈=-=-<12020101011)(1)1(11ln 1ln 1x ,0ln x )1,0(,1ln 1ln 1x ,10,x 111n n npn p n p n p n p n nn p n p dx x x dx x x x x x x x x x 所以时，而当）上，故在（时，证毕。

实变函数测试题2本套试题参考答案由李蓉（统计班2008750408）提供.如有问题联系150********1、证明 1lim =n m n n m nA A ∞∞→∞==。

证明：设lim n n x A →∞∈.则N ∃.使一切n N >.n x A ∈.所以 ∞+=∈1n m mAx ∞=∞=⊂1n nm m A ,则可知n n A ∞→lim ∞=∞=⊂1n nm m A 。

设 ∞=∞=∈1n n m m A x .则有n ,使 ∞=∈nm m A x .所以n n A x lim ∞→∈。

因此.n n A lim ∞→= ∞=∞=1n nm m A 。

2、设(){}222,1E x y x y =+<。

求2E 在2R 内的'2E .02E .2E 。

解：(){}222,1E x y x y '=+≤. (){}222,1E x y x y =+<. (){}222,1E x y x y =+<。

3、若n R E ⊂.对0>∀ε.存在开集G , 使得G E ⊂且满足 *()m G E ε-<. 证明E 是可测集。

证明：对任何正整数n . 由条件存在开集E G n ⊃.使得()1*m G E n-<。

令 ∞==1n n G G ,则G 是可测集.又因()()1**n m G E m G E n-≤-<. 对一切正整数n 成立.因而)(E G m -*=0.即E G M -=是一零测度集.故可测。

由)(E G G E --=知E 可测。

证毕。

4、试构造一个闭的疏朗的集合[0,1]E ⊂.12mE =。

解：在[0,1]中去掉一个长度为16的开区间57(,)1212.接下来在剩下的两个闭区间 分别对称挖掉长度为1163⨯的两个开区间.以此类推.一般进行到第n 次时.一共去掉12-n 个各自长度为11163n -⨯的开区间.剩下的n 2个闭区间.如此重复下去.这样就可以得到一个闭的疏朗集.去掉的部分的测度为11112121663632n n --+⨯++⨯+=。

所以最后所得集合的测度为11122mE =-=.即12mE =。

5、设在E 上()()n f x f x ⇒.且1()()n n f x f x +≤几乎处处成立. ,3,2,1=n , 则有{()}n f x a.e.收敛于)(x f 。

证明 因为()()n f x f x ⇒.则存在{}{}i n n f f ⊂.使()i n f x 在E 上a.e.收敛到()f x 。