实变函数习题解答
实变函数测试题与答案范本
实变函数测试题与答案范本一、选择题1. 下列函数中,是实变函数的是:A. f(x) = √(x^2 - 1)B. f(x) = log(x)C. f(x) = cos(x)D. f(x) = 1/x答案:C. f(x) = cos(x)2. 设函数 f(x) 的定义域为 (-∞, 4],则下列函数定义中错误的是:A. f(x) = x^2B. f(x) = √(4 - x)C. f(x) = 1/(x - 3)D. f(x) = 2^x答案:C. f(x) = 1/(x - 3)3. 函数 f(x) = |x - 2| 的图像在 x = 2 处是否存在间断点?A. 存在间断点B. 不存在间断点答案:B. 不存在间断点二、计算题1. 求函数 f(x) = x^3 + 2x^2 - x 的零点。
解答:将 f(x) = 0,得到方程 x^3 + 2x^2 - x = 0。
对该方程进行因式分解得:x(x + 1)(x - 1) = 0。
解得 x = 0,x = -1,x = 1 为函数 f(x) 的零点。
2. 计算函数 f(x) = log(x^2 + 3x) 的导数。
解答:对 f(x) = log(x^2 + 3x) 进行求导。
使用链式法则,有 f'(x) = [1/(x^2 + 3x)] * (2x + 3)。
化简得到:f'(x) = (2x + 3)/(x^2 + 3x)。
三、证明题证明:若函数 f(x) 在区间 [a, b] 上连续且单调递增,那么 f(x) 在 [a, b] 上存在唯一的反函数。
解答:首先证明 f(x) 在 [a, b] 上是单射。
假设存在x1 ≠ x2,但 f(x1) = f(x2)。
由于 f(x) 在 [a, b] 上单调递增,可推出x1 ≠ x2,矛盾。
因此,f(x)在 [a, b] 上是单射。
接下来证明 f(x) 在 [a, b] 上是满射。
由于 f(x) 在 [a, b] 上连续,根据介值定理,f(x) 在 [a, b] 上取得最大值 M 和最小值 m。
(完整版)实变函数题库集答案
实变函数试题库及参考答案本科、题 1.设A,B 为集合,则A B UB A U B (用描述集合间关系的符号填写)2.设A是B 的子集,则A B (用描述集合间关系的符号填写)3.如果E中聚点都属于E ,则称E是闭集4.有限个开集的交是开集5.设E1、E2是可测集,则m E1UE2 mE1 mE2 (用描述集合间关系的符号填写)n*6.设E ? n是可数集,则m E = 07.设f x 是定义在可测集E上的实函数,如果a ?1,E x f x a 是可测集,则称f x 在E上可测8.可测函数列的上极限也是可测函数9.设f n x f x ,g n x g x ,则f n x g n x f x g x10.设f x 在E上L可积,则f x 在E上可积11.设A,B 为集合,则B A UA A (用描述集合间关系的符号填写)12.设A 2k 1k 1,2,L ,则A=a(其中a表示自然数集N 的基数)13.设E ? n,如果E 中没有不属于E,则称E 是闭集14.任意个开集的并是开集15.设E1、E2是可测集,且E1 E2 ,则mE1 mE216.设E 中只有孤立点,则m*E =017.设f x 是定义在可测集E上的实函数,如果 a ?1,E x f x a 是可测,则称f x 在E上可测18.可测函数列的下极限也是可测函数19.设f n x f x ,g n x g x ,则f n x g n x f x g x20.设n x 是E上的单调增收敛于f x 的非负简单函数列,则f x dx lim n x dxE n E21.设A,B 为集合,则A B UB B22.设A为有理数集,则A=a(其中a表示自然数集N 的基数)23.设E ? n,如果E 中的每个点都是内点,则称E是开集24.有限个闭集的交是闭集25.设E ? n,则m*E 0 26.设E是? n中的区间,则m*E =E的体积27.设f x 是定义在可测集E上的实函数,如果 a ?1,E x f x a 是可测集,则称f x 在E上可测28.可测函数列的极限也是可测函数29.设f n x f x ,g n x g x a.e. ,则f n x g x30.设f n x 是E 上的非负可测函数列,且单调增收敛于f x ,由勒维定理,有f x dx lim fx dxnnE n E31.设A, B为集合,则B AI B UA=AU B32.设A为无理数集,则A=c (其中c 表示自然数集0,1 的基数)33.设E ? n,如果E 中没有不是内点的点,则称E是开集 34.任意个闭集的交是闭集n n * * * c35.设E ? n,称E是可测集,如果T ? n,m*T m* T I E m*T I E c36.设E是外测度为零的集合,且F E,则m*F=037.设f x 是定义在可测集E上的实函数,如果a ?1,E x a f x b 是可测,( a b)则称f x 在E 上可测38.可测函数列的上确界也是可测函数39.设f n x f x ,g n x g x a.e. ,则f n x g n x f x g x40.设f n x f x ,那么由黎斯定理,f n x 有子列f n k x ,使f n k x f x a.e. 于E41.设A, B为两个集合 ,则A B__ AI B c.(等于)42.设E R ,如果E 满足E E (其中E 表示E 的导集 ), 则E 是闭 .43.若开区间( , )为直线上开集G的一个构成区间 ,则( , )满(i) (a,b) G (ii) a G,b G44.设A为无限集 .则A的基数A__a(其中a表示自然数集N 的基数) 答案:45.设E1,E2为可测集 , mE2 ,则m( E1 E2) __ mE1 mE2. 答案:46.设f (x)是定义在可测集E上的实函数 ,若对任意实数a,都有E[x f(x) a]是可测集E上的可测函数 .47.设x0是E( R)的内点 ,则m*E__0. 答案48.设f n(x) 为可测集E 上的可测函数列 ,且f n(x) ____________ f(x),x E,则由黎斯 __定理可知得 ,存在f n(x) 的子列a.ef n k(x) ,使得f n k(x) f (x) (x E).49.设f (x)为可测集E( R n)上的可测函数 ,则f(x)在E上的L积分值不一定存在且| f(x)|在E上不一定L可积.50.若f ( x)是[ a, b]上的绝对连续函数 ,则f (x)是[a,b]上的有界变差函数51.设A, B为集合,则A U B ___(B A)U A 答案= 52.设E R n,如果E满足E0 E(其中E0表示E的内部),则E是开集53.设G为直线上的开集,若开区间(a,b)满足(a,b) G且a G,b G,则(a,b)必为G的构成区间54.设A {x|x 2n,n为自然数} ,则A的基数= a (其中a表示自然数集N的基数)55.设A, B为可测集,B A且mB ,则mA mB__m(A B) 答案 =56.设f (x) 是可测集E上的可测函数,则对任意实数a,b(a b),都有E[x a f(x) b]是可测集57.若E( R)是可数集,则mE__0 答案=a.e58.设f n(x) 为可测集E上的可测函数列,f(x) 为E上的可测函数,如果f n(x) f(x) (x E) ,则f n(x) f(x) x E不一定成立59.设f (x)为可测集E( R n)上的非负可测函数,则f(x)在E上的L积分值一定存在60.若f (x) 是[a,b]上的有界变差函数,则f (x)必可表示成两个递增函数的差(或递减函数的差) 多项选择题(每题至少有两个以上的正确答案)1.设E 0,1 中无理数,则( ACD )A E 是不可数集B E 是闭集C E 中没有内点D mE 12.设E ? n是无限集,则( AB )A E 可以和自身的某个真子集对等B E a(a 为自然数集的基数)CED m*E 03.设f x 是E 上的可测函数,则( ABD )A 函数f x 在E 上可测B f x 在E 的可测子集上可测C f x 是有界的D f x 是简单函数的极限4.设f x 是a,b 上的有界函数,且黎曼可积,则( ABC )A f x 在a,b 上可测B f x 在a,b 上L可积C f x 在 a,b 上几乎处处连续D f x 在 a, b 上几乎处处等于某个连续函数设 E ? n,如果 E 至少有一个内点,则( BD ) m E 可以等于 0 B m E 0 C E 可能是可数集 D E 不可能是可数集5.6. 设 E ? n是无限集,则( AB )E 含有可数子集 B E 不一定有聚点 C E 含有内点 D E 是无界的7. 设 f x 是 E 上的可测函数,则( BD )函数 f x 在 E 上可测f x 是非负简单函数列的极限 f x 是有界的8. 设 f x 是 a,b 上的连续函数,则( ABD )A f x在 a,b上可测B f x 在a,b b上 L 可积,且 R f x dx Lf x dxa ba ,b C f x 在 a,b 上 L 可积,但 R f x dx L f xaa ,bD f x 在 a,b 上有界9. 设 D x 是狄利克莱函数,即x 为 x0,1 中有理数 ,则( BCD )中无理数 10.设x 几乎处处等于 1x 是非负可测函数n*E ? n, m *E 0 ,Dx 则( ABD几乎处处等于 0 是 L 可积函数11. E 是可测集 B E 的任何子集是可测集 C E 是可数集 D E 不一定是可数集设E n, E x1 x Ec,则( AB ) E 0 x E c当 E 是可测集时, E x 是可测函数Ex 是可测函数时, E 是可测集f x 在 E 的可测子集上D 当E x 是不是可测函数时,E不一定是可测集12.设f x 是a,b 上的连续函数,则( BD )A f x 在a,b 上有界B f x 在a,b 上可测C f x 在a,b 上L可积D f x 在a,b 上不一定L 可积13.设f x 在可测集E上L可积,则( AC )A f x ,f x 都是E上的非负可积函数B f x 和f x 有一个在E上的非负可积C f x 在E 上L 可积D f x 在E 上不一定L 可积14.设E ? n是可测集,则( AD )A E c是可测集B mEC E 的子集是可测集D E的可数子集是可测集15.设f n x f x ,则( CD )A f n x 几乎处处收敛于f xB f n x 一致收敛于f xC fn x 有子列fnx ,使fnx f x a.e. 于ED f n x 可能几乎处处收敛于f x16.设f x 是a,b 上有界函数,且L 可积,则( BD )A f x 在a,b 上黎曼可积B f x 在a,b 上可测C f x 在a,b 上几乎处处连续D f x 在a,b 上不一定连续17. 设E {[0,1] 中的无理点} ,则(CD)(A )E是可数集(B)E是闭集(C)E中的每个点均是聚点(D)mE 0 18.若E(R)至少有一个内点,则( BD )A) m * E 可以等于0 (B)m *E 0 (C) E 可能是可数集 (D) E 不可能是可数集设 f (x) 是[a,b] 上的单调函数,则( ACD)f n (x) f ( x),( x E) ,则下列哪些结果不一定成立( ABCD(A) f (x)dx 存在(B) f(x)在 E 上L -可积 a.e(C)f n (x) f (x) (x E) (D) limf n (x)dx f(x)dxn E E24.若可测集 E 上的可测函数 f(x)在E 上有 L 积分值,则( AD ) A) f (x) L(E) 与 f (x) L (E)至少有一个成立 B) f (x)L(E) 且f(x) L(E)C) |f(x)|在 E 上也有L - 积分值D)| f(x)|L(E)、单项选择1. 下列集合关系成立的是(A )A B A I A B A B IACA B UB A D B A UA B2. 若E R n 是开集, 则( B)A E EB E 0E C E E D E E19. 设E [a,b] 是可测集,则E 的特征函数 E (x) 是( ABC ) A) [a,b] 上的符号函数 C) E 上的连续函数 B) [a,b] 上的可测函数 D)[a,b] 上的连续函数20. 21. A) C) 设E f (x) 是 [a,b] 上的有界变差函数 f (x) 在[a,b] 上几乎处处收敛 {[0,1] 中的有理点 } ,则( AC B) f(x) 是[a,b] 上的绝对连续函数 D) f(x) 在[a,b] 上几乎处处可导 A) E 是可数集mE 0B ) E 是闭集D )E 中的每一点均为 E 的22.若 E( R) 的外测度为 0,则( AB )A) E 是可测集 C) E 一定是可数B) mE 0 D) E 一定不是可数23 .设 mE, f n (x) 为 E 上几乎处处有限的可测函数列, f(x) 为 E 上几乎处处有限的可测函数,如果4.设f n x 是E 上一列非负可测函数,则(B)Elnimf nEndxlimnxdxElimf nEndxlimnxdxElnimf nEndxlimnxdxlimEf nn EdxElimf nEn5.列集合关系成立的是(IA cUA U A cIA cUA6.若E R n是闭集,则E07.A 9.设E 为无理数集,E 为闭集B 下列集合关系成立的是(C )E 是不可测集B )则(mEIA c A cUA A c U A c10.设Rn,则( A )A E EE D ED mE 0P为康托集,则( B B mP11.设A P 是可数集13.下列集合关系成立的是()A)P 是不可数集D P 是开集B则B c A c B则A c B cB则AI BB B则AUB14.设E R n,则A E E0 CE ED15.设E x,0x 则( B )A mE mE 2C E是R2中闭集2E是R2中完备集16.设f x ,g x 是E 上的可测函数,则( B )21.下列集合关系成立的是( A )A)E 0C) E23. 设 Q 的有理数集,则(四、判断题A Ex f x g x 不一定是可测集B Ex f x g x 是可测集C Ex f x g x是不可测集D Ex f x g x 不一定是可测集17 .下列集合关系成立的是( A )(A) (A B)UBAUB (B) (A B)U B A(C) (B A)U A A (D ) B A A18.若E R n是开集,则 ( B )(A) E 的导集 E (B) E 的开核 E(C) EE(D) E 的导集 E19. 设 P 的康托集,则 (C)(A) P为可数集(B) P 为开集(C) mP 0( D) mP 1设 20、 E 是 R 1中的可测集, (x)是 E 上的简单函数,则A) (x)是 E 上的连续函数 B) (x) 是E 上的单调函数 C) (x)在 E 上一定不 L 可积D) (x) 是 E 上的可测函数A) AI (BUC) (AI B)U (AI C) B) (A B)I A C)(B A)I A D) AUBAI B22. 若 E R n是闭集,则B) D)A ) mQ 0 B) Q 为闭集 C) mQ 0D) Q 为不可测集24.设 E 是 R n中的可测集, f(x)为 E 上的可测函数,若 f(x)dx0 ,则A)在 E 上, f ( x)不一定恒为零 B)在 E 上, f (x) C)在 E 上, f(x) 0D)在 E 上, f (x)1. 可数个闭集的并是闭集 .2. 可数个可测集的并是可测集 .3. 相等的集合是对等的 .4. 称 f x ,g x 在 E 上几乎处处相等是指使( × )( √ )( √ )g x 的x 全体是可测集 . ( √ )5. 可数个 F 集的交是 F 集 .6. 可数个可测函数的和使可测函数 .7. 对等的集合是相等的 .8. 称 f x ,g x 在 E 上几乎处处相等是指使( × ) (√) (× )x g x 的 x 全体是零测集 . ( × )9. 可数个 G 集的并是 G 集 . 10. 零测集上的函数是可测函数 .11. 对等的集合不一定相等 .12. 称 f x ,g x 在 E 上几乎处处相等是指使 f13. 可数个开集的交是开集14. 可测函数不一定是连续函数 . 15. 对等的集合有相同的基数 .16. 称 f x ,g x 在 E 上几乎处处相等是指使 f17. 可列个闭集的并集仍为闭集 18. 任何无限集均含有一个可列子集 19. 设 E 为可测集,则一定存在 G 集 G ,使 E√) ( √ ) ( √ )x gx的 x 全体是零测集 . (√)( × )xgx ( √ )( √ )0 ( × )的 x 全体的测度( × )( √ ) G 且 m G E 0.( √ )21. 设 f x 为可测集 E 上的非负可测函数,则22. 可列个开集的交集仍为开集 23. 任何无限集均是可列集24. 设 E 为可测集,则一定存在 F 集 F ,使 F25. 设 E 为 零 测 集 , 则 f x 为 E 上 的 可 测 函 数 的 充 要 条 件 是 : 实 数 a 都 有 E x f (x ) a √)26. 设 f x 为可测集 E 上的可测函数,则 f x dx 一定存在 . E 五、简答题1. 简述无限集中有基数最小的集合,但没有最大的集合 . 答:因为任何无限集均含有可数集,所以可数集是无限集中基数最小的,但无限集没有基数最大的,这是由于任何集 合 A , A 的幂集 2A的基数大于 A 的基x L E ( × )(× )( × )E ,且 m EF 0.( √ )x 不一 定是 E 上的可测函数(×) 20. 设 E 为零测集, x 为 E 上的实函数,则 是可测集 ×)数 .2.简述点集的边界点,聚点和内点的关系 .答 : 内点一定是聚点,边界点不一定是聚点,点集的边界点或为孤立点或为聚点 .3.简单函数、可测函数与连续函数有什么关系?答:连续函数一定是可测函数;简单函数一定是可测函数;简单函数可表示成简单函数或连续函数的极限4.a,b 上单调函数与有界变差函数有什么关系?答:单调函数是有界变差函数,有界变差函数可表示成两个单调增函数之差 .5.简述集合对等的基本性质 .答:A: A;若A: B,则B: A;若A: B,且B : C,则A: C.6.简述点集的内点、聚点、边界点和孤立点之间关系. 答:内点一定是聚点,内点不是孤立点,边界点由点集的孤立点和聚点组成 .7.可测集与开集、G 集有什么关系?答:设E是可测集,则0,开集G,使G E,使m G E ,或G 集G,使G E,且m G E 0.8.a,b 上单调函数、有界变差函数与绝对连续函数有什么关系?答:绝对连续函数是有界变差函数,反之不然;有界变差函数是单调增函数的差,而单调函数是有界变差函数 .9.简述证明集合对等的伯恩斯坦定理 .答:若A: B B ,又B: A A,则A: B10.简述R1中开集的结构 .答: 设G为R1中开集,则G可表示成R1中至多可数个互不相交的开区间的并 .11.可测集与闭集、F集有什么关系?答:设E是可测集,则0,闭集F E ,使m E F或F集F E ,使m E F 0.12.为什么说绝对连续函数几乎处处可微?答:因为绝对连续函数是有界变差,由若当分解定理,它可表示成两个单调增函数的差,而单调函数几乎处处有有限的导数,所以绝对连续函数几乎处处可微 .13.简述连续集的基数大于可数集的基数的理由 .答 :连续集是无限集,因而包含可数子集,又连续集是不可数集,所以连续集的基数大于可数集的基数 . 14.简述R n中开集的结构 .答:R n中开集可表示成可数个互不相交的半开半闭区间的并15.可测函数列几乎处处收敛、依测度收敛和近一致收敛的关系?答:设f n x , f x 是可测集E 上的一列可测函数,那当mE 时,f n x f x ,a.e 于E ,必有f n x f x .反之不成立,但不论mE 还是mE ,f n x 存在子列f n k x ,使f n x f x ,a.e于E .当mE 时,f n x f x ,a.e 于E ,由Egoroff 定理可得f n x 近一致收敛于f x ,反之,无需条件mE ,结论也成立 .16.为什么说有界变差函数几乎处处可微?答:由若当分解定理,有界变差函数可表示成两个单调增函数的差,而单调函数几乎处处可微,所以有界变差函数几乎处处可微 .17.简述无穷多个开集的交集是否必为开集?11 答:不一定,如 I 1 1, 1 11,1 n 1n n18. 可测集 E 上的可测函数与简单函数有什么关系? 答:简单函数必是可测函数但可测函数不一定是简单函数,可测函数一定可表示成简单函数列的极限形式 19. a,b 上的有界变差函数与单调函数有什么关系?答:单调函数必为有界变差函数但有界变差函数不一定为单调函数,有界变差函数可表示成单调函数之差 20. 简述无穷多个闭集的并集是否必为闭集?11 答:不一定 如 U 1 , 1 1,1 n 1n n21. 可测集 E 上的可测函数与连续函数有什么关系?答: E 上连续函数必为可测函数但 E 上的可测函数不一定时连续函数, E 上可测函数在 E 上是“基本上”22. a,b 上的绝对连续函数与有界变差函数有什么关系?答:绝对连续函数必为有界变差函数但有界变差函数不一定为绝对连续函数 六、计算题2xxE,其中 E 为0,1中有理数集,求 f1. 设 f x3xx dxx 0,1 E0,1解:因为 mE 0, 所以 f x x 3,a.e 于0,1 , 于是 f x dxx 3dx,0,1 0,1而 x 3在 0,1 上连续,从而黎曼可积,故由黎曼积分与勒贝格积分的关系,1 x r 1,r 2,L r n0 x 0,1 r 1,r 2,L ,求lim f n x dx .n0,1因此limf n x dx 0.n0,1解:因为 mP 0 ,所以 f x x 2, a.e 于 0,131 3x 3dxRx 3dx0,1因此 f x dx 10,14.4x44|1解:显然 f n x 在 0,1 上可测,另外由 f n x 定义知, f n x 0,a.e 于 0,1 n1所以 f nx dx0,10dx 00,1连续的函数 2. 设 r n 为 0,1 中全体有f n x3. 设 f xsinxxPx 0,1 PP 为康托集,求x dx .于是 f x dxx 2dx0,1 0,12而 x 2在 0,1 上连续,所以解:因为 f n x 在 0,1 上连续,所以可测 n 1,2,L而 lim 2 2 0 ,所以 lim f n x 0. n 1 n 2 x 2n因此由有界控制收敛定理lim f n x dxli f n x dx0dx 0n0,10,1n0,13xx E5. 设 x, E 为 0, 中有理数集,求 fx dxcosx x 0, E22 0,2解:因为 mE 0 ,所以x cosx,a.e 于 0,10,2而 cosx 在 0, 上连续,所以黎曼可积,由牛顿莱布尼公式2 cosxdx0,1R 2cos xdxsin x|021因此f x dx 10,26. 设f n x nxcos nx 0,1, 求lim f n x dx n 0,11 2 2 ,x nx 解:因为 f n x 在 0,1 上连续,所以可测 n 1,2,Lx 2dx0,1 x 2dx|1因此 0,1 x dx4. 设 fnx nxsinnx 2 2 ,x 1 n x0,1 ,求lim f n x dx . n0,1 又f n xnxsin nx22nxnx nx 11 n 2x2 2nx 2,x 0,1 ,n 1,2,L于是 f x dx cos xdx 0,2又 fn nxcosnx 22nx nx 22 1 n x 因此由有界控制收敛定理而lim n 0,所以lim n 0,1 n x dx0,1limn 7. 设 fx3sin x解:因为mP 0,所以 fnx221 n x lim f n x nx dx0,1nx 1 2nx 2,x 0.0dx 00,1P 为康托集,x, a.e 于 0,1而 x 在 0,1 上连续,所以1 2x 21 1xdx Rx dx |0 0,10 2 02因此 f x dx 1.0,12l n x nx 8. 求e cos xdx .n 0,nnln x n解:令 f n x0,n xn显然 f nx 在 0, 上可测,且 ln x ne cos xdxf n 0,n n0, ln x n x 因为 f n xe cosxn于是f x dx xdx0,1 0,1xe cosxx dx 0,1 ,n 0,11,2,Lx dx .ln x n, x 0, ,n 1,2,L n ln x n不难验证 g n x ,当 n 足够大时,是单调递减非负函数,且 nlim g n x 0 ,所以 n limnln x ndx nlimng n x dxl n im g n x 0, n0dx 0由勒贝格控制收敛定理lim f n x dx 0 n0,ln x n x 故lim e cos xdx 0. nn0,n9. 设 Dx1 x 为 0,1 上的有理点 0 x 为 0,1 上的无理点 ,求 D x dx .0,1 证明 记 E1 是 0,1中有理数集, E2 是 0,1 中无理数集,则 0,1E 1 U E 2, E 1 I E 2 , mE 1 0,mE 2 1,且E2所以 D x dx 1mE 1 0mE 2 0,1 0.10 求 l n im0 ln x n xe cos xdx . n 证明 易知 limnln x n x e cosx 0n对任意 0,n1, ln x n en x cosxln x nf(y ) ln x y 0 ,则 f (y)ylnxy 2yxy y 3时,yxyln x y , f (y)0.f(n) l n xn是单调减函数且非负( n 3 );l n lim nli mn 再由 limn xn li m n0,由 Levi 单调收敛定理得xn ln x n 0dx n0 l n imln x n dx n 0 0dx 0 , ln x nL(E),Lebsgue 控制收敛定理得ln x n x e cosxdx 0n ln x lim nnnx e cos xdx0dx2x11. 设 f x 3x 3x 0,1xP ,其中 P 为康托集,求dx .解:因为 P 为康托集,故 mP 0,m 0,1 P 1七、证明题证明 设{r n } 为全体有理数所成之集,则g(x)] U E[x| f (x) r n ]I E[x|g(x) r n ] n1因为 f (x),g(x)是 E 上的可测函数,所以 E[x| f (x) r n ], E[x|g(x) r n ]是可测集, n 1,2,L ,于是由可测所以 f x x 320,1 PxP所以0,1x dx23x mP x m 0,1 P12. 求 f nnxE0,1 ,求 limnx dx .解:易知: 令 f n xnx lim2 2 n 1 n 2x2 nx2 2,gx0,11nnxnx 1 n 2x 22 2 3n xnx nx 2 2 2 gx1 n x2 1 nx n x 0nx 2n 2 所以 0 n x gx x 0,1,n 1又因为 g x 在 0,1 上 Lebesgue 可积, 所以由控制收敛定理,得 lim 1n n x2x 2dxE 1 n x0dxE1.证明集合等式: (A B)U B AUB 证明 c(A B)U B (AI B c)U Bc (AI B c)U(AI B)UBcAI (BUB c)U B AUB2.设 E 是 [0,1] 中的无理数集,则 E 是可测集,且 mE 1 证明 设 F 是 [0,1] 中的有 理数集 ,则 F 是可数 集, 从 而 m *F 0 ,因此 F 是 可测集,从而 F c可 测, E [0,1] F [0,1] I F c,故 E 是可测集 .由于 EI F ,所以1 m[0,1] m(E UF) mE mF 0mF ,故 mF 13.设 f (x),g(x)是 E 上的可测函数,则 E[x| f (x) g( x)]是可测集E[x| f(x) g(x)] U E[x| f (x) r n n1集性质知 E[x|f(x) g(x)] 是可测集因为 f (x)在E 上可测,所以 | f (x) |在E 上非负可测,由非负可测函数积分性质,E[x|f(x)| a]adx E[x|f(x)| a]| f(x)|dx E |f(x)|dxE[x|f(x)| a]adx a mE[x |f (x)| a],所以4.设 f (x)是E 上的可测函数,则对任何常数 a 0,有 mE[x |f (x)| a]1a 1E | f ( x)证明 5.设 li m mE[x | f(x)|f ( x) 是 E 上的L 可积函数, f ( x)dx证明 因为 limmE0,所以 对连续性,0, 0,当e 于是当 n N 时, m E n 6.证明集合等式: ( A B)证明 A (A B ) 7.设 证明 1a] a 1E | f(x)|dx{E n }是 E 的一列可测子集,且 lim mE n 0,则 0, N E, me 因此 |E A I (AI B c )cA I(AI A c)U (A I A 1,A 2 是[0,1] 的可测子集,且 mA 1 因为 A 1 [0,1], A 2 [0,1] ,所以 另一方面, 1 ,当 n N 时, mE n ,又 f ( x) 在 E 上 L 时| f (x)dx| f ( x)dx |,即 lim f ( x)dx 0n E n 可积,所以由积分的绝 (A c U(B c )c) B) A I BmA 2 1 ,则 AI (A cUB)m(A 1 I A 2) 0A 1UA 2 [0,1] ,于是 m( A 1 U A 2 ) m[0,1] 1 A 1U A 2 [A 1 (A 1I A 2)] U A 2 ,所以m(A 1 U A 2 ) m [A 1 (A 1I A 2)]UA 2m[A 1 (A 1I A 2)] mA 2 mA 1 m(A 1I A 2) mA 2于是m(A 1I A 2) mA 1 mA 2 m(A 1U A 2) 08.设 f (x)是定义在可测集 E R n上的实函数, E n 为 E 的可测子集n 1,2,L ),且 E U E n ,则 f (x) 在 E 上n1可测的充要条件是 f (x) 在每个 E n 上可测 证明 对任何实数a ,因为E[x| f(x) a] U E n [x| f(x) a] U (E n I E[x| f(x) a])所以 f (x)在E 上可测的充要条件是对每个 n 1,2,L , f ( x)在每个 E n 上可测9.设 f (x)是 E 上的可测函数,则对任何常数 a 0,有 mE[x| f (x) a] e a E ef(x)dxaf (x)f (x)e dx e dx e dx E[x|f(x) a] E[x|f (x) a] Eaa而E[x|f(x) a]e a dx e amE[x| f (x) a],m *F 0 ,于是由卡氏条件易知 F 是可测集f n (x)g n (x) f (x) g(x).证明 对任何正数 0 ,由于|( f n (x) g n (x)) ( f (x) g(x))| | f n (x) f (x)| |g n (x) g(x)|所以 E[x |(f n (x) g n (x)) (f (x) g(x))| ]E[x | f n (x) f (x)| 2]U E[x |g n (x) g(x)| 2]于是 mE[x |(f n (x) g n (x)) (f (x) g(x))| ]mE[x | f n (x) f (x)| ] mE[x |g n (x) g(x) | ] 0(n )22证 明 因 为 f (x) 在 E 上 可 测 , 所以 e f(x)是 非 负 可 测 函数,于是由非负可测函数积分性质,所以mE[x| f (x) a]e ae f (x )dxE10.设 f (x) 是 E 上的可积函数, { E n } 为 E 的一列可测子集, mE ,如果 lim mE n mEn则lim nE f( x)dxE f ( x)dx 证明 因 f ( x) 在 E 上 L 可积, 由积分的绝对连续性知,对任意 0 ,存在 0, 对任何 A E , 当 mA有| A f (x)dx | , 由 于lim mE n mE n,故对上述的0,存在 k 0 , 当 n k 0 时 E nE , 且有mE mE n m( E E n )| E f ( x)dx Ef (x)dx| | E E f (x)dx|lim f ( x)dxE f (x)dx 11.证明集合等式: (AU B) C (A C) U(B C)证明 (AUB) C (AU B)I C c (AI C c )U(BI C c)(A C)U (B C)12.设 E R n是零测集,则 E 的任何子集 F 是可测集,且mF 证明 设 F E , m *E 0,由外测度的单调性和非负性, mF mE 0 , 所以13. 设 f n (x),g n (x), f (x), g( x) 是 E 上 几 乎 处 处 有 限 的可 测 函 数 , 且 f n (x) f (x) ,g n (x) g(x) ,则故f n(x) g n(x) f (x) g(x)14.设f(x),g(x)是E上L 可积函数,则f2(x) g2(x)在E上也是L 可积的证明因f(x),g(x)是E上L 可积,所以|f(x)|,|g(x)|在E上L 可积,从而| f(x)| |g(x)| L 可积,又f2(x) g2(x) (| f(x)| |g(x)|)2 | f(x)| |g(x)|故f 2(x) g2 (x) 在E 上L 可积15.设f (x)是可测集E上的非负可测函数,如果 f (x)dx 0,则f(x) 0 a.e 于E证明反证,令A E[x| f(x) 0],则由f (x)的可测性知,A是可测集 .下证mA 0,若不然,则mA 01由于A E[x| f(x) 0] U E[x| f(x) ] ,所以存在N 1,使n1 n1 mE[x| f (x) ]N d 0于是Ef( x)dx1 f( x)dxE[x|f (x)1]E[x|f(x) N1] N1dx N1mE[x| f(x) N1] N d0因此f( x)dx E0 ,矛盾,故f(x) 0 a.e 于E16.证明等式:A (B UC) (A B)I (A C)证明c c c c cA (BUC) AI (BUC)c AI (B c IC c) (AI B c)I (AI C c) (A B)I (A C) 17.设E R n是有界集,则m*E.证明因为E是有界集,所以存在开区间I ,使E I 由外测度的单调性,m*E m*I ,而m*I |I |m *E118.R1上的实值连续函数f (x) 是可测函数证明因为f ( x)连续,所以对任何实数a,{x| f(x) a}是开集,而开集为可测集,因此f(x)是可测函数19.设mE ,函数f (x)在E上有界可测,则f(x)在E上L 可积,从而[a,b]上的连续函数是L 可积的证明因为f (x)在E上有界可测,所以存在M 0,使| f(x)| M ,x E,| f ( x) |是非负可测函数,由非负可测函数的积分单调性,| f(x)|dx Mdx M mE故|f (x)|在E上L 可积,从而f(x)在E上L 可积因为[a,b] 上的连续函数是有界可测函数,所以L 可积的20.设f n(x)(n 1,2,L )是E上的L 可积函数,如果lim | f n( x) |dx 0,则f n(x) 0 n E n证明对任何常数0,mE[x | f n(x)| ] E[x|f (x)| ]| f n(x)|dx1所以mE[x | f n(x)| ] 1E[x|f n(x)| ]| f n(x)|dx1E| f n(x)|dx 0(n )因此f n (x) 021. 证明集合等式:AUB C A C U B C .证明AUB C AUB I C c AI C c U BI C c A C U B C22. 设E0 0,1 中的有理点,则E0为可测集且mE0 0.证明因为E0 为可数集,记为E0 r1,r2,L r n,L ,0,取I n r n2n 1,r n 2n 1 n 1,2,L显然E0 UI n ,所以E0 UI n0 m E0 I nn1 n1n1 n12让,得m E0 0.TR n,由于T TI E0 U TI Ec所以mT m TI E0 m TI E0ccc c又TI E0c T,m E0 0,所以mT m TI E0c m TI E0 m TI E0c.故mT m T I E0 m TI E0c其中|I | 表示区间I 的体积),所以故E0 为可测集,且mE0 01123. 证明:R1上的实值连续函数f x 必为R1上的可测函数11证明a,b R1,不妨假设a b,因为f x 是R1上的连续函数,故f x 是a,b 上的连续函数,记Fa,b ,由f x 在F 上连续,则M,m m M ,使m f x M ,则显然易证,R1,F f 是闭集,即f x为a,b 上的可测函数,由a,b的任意性可知,f x 是R1上的可测函数 .24. 设f x L E ,E n为E的一列可测子集,mE ,如果lim mE n mE,则lim f x dx f x dx .nnE n E证明因f (x)在E上L可积,由积分的绝对连续性知,对任意0,存在0,对任何A E,当mA 时有|Af( x)dx| m(E由于lim mE nnmE ,故对上述的0 ,存在k0 ,当n k0 时E n E ,且有E n),于是|Ef (x)dx Ef(x)dx| |EEEnE Enf(x)dx|即n limEn f(x)dxEf (x)dx25. 证明集合等式:A BUC ABU A C. 证明A BUC AI BUC c AIB cI CcAI B c I AIC cABI AC26. 设E R1,且mE0 ,则E 为可测集 .证明T R n,由于T R n T T I E UT I E c所以mT mT IE m T I E c又T I E c T,m E0 ,所以mTm TI Ec m T I E m T I E c.故mT m T I E m TI E c 所以E 为可测集27. 证明:R1上的单调函数f x 必为可测函数11证明a,b R1,不妨假设a b,因为f x 是R1上的单调函数,不妨设f x 为单调增函数,故f x 是a,b 上则R 1, 有1) 当 sup fx 时, E x f (x) ; xE 2) 当 inf f x 时, E x f (x) E; 3) 当 inf f x sup f x 1 时,必有 x 0 E I R ,使xE xEf x0 0 ,fx 0 或 f x 0 0 , f x 0 0 由 f x 的单调增知, E x f(x) EI x 0, 或 EI x 0, 在所有情况下, E x f(x) 都可测 . 即 f x 是 a,b 上的可测函数 由由 a,b 的任意性可知, f x 是 R 1上的可测函数 .充分性28. 设 f x 为可测集 E R n 上的可测函数,则f L E 的充要条件 证明 必要性 若 f x LE , 因为 f x x ,且 f x L E 所以 f Ex dx, f E x dx 中至少有一个是有限值,dx x dx xdx因为 f x x ,且 f xLE 所以 f Edx, f E x dx 中至少有一个是有限值,故f x dxEx dx f x dx ,E。
实变函数答案
习题1.11.证明下列集合等式.(1) ()()()C A B A C B A \\=; (2) ()()()C B C A C B A \\\ =; (3) ()()()C A B A C B A \\\=. 证明 (1) )()C \B (cC B A A =)()( c c C B A A B A = c C A B A )()( =)(\)(C A B A = .(2) cC B A A )(C \B)(=)()(c c C B C A ==)\()\(C A C A .(3) )(\C)\(B \cC B A A = c c C B A )( =)(C B A c = )()(C A B A c =)()\(C A B A =.2.证明下列命题.(1) ()A B B A = \的充分必要条件是:A B ⊂; (2) ()A B B A =\ 的充分必要条件是:=B A Ø; (3) ()()B B A B B A \\ =的充分必要条件是:=B Ø.证明 (1) A B A B B B A B B A B B A cc==== )()()()\(的充要条 是:.A B ⊂(2) ccccB A B B B A B B A B B A ===)()()(\)(必要性. 设A B B A =\)( 成立,则A B A c= , 于是有cB A ⊂, 可得.∅=B A反之若,∅≠B A 取B A x ∈, 则B x A x ∈∈且, 那么B x A x ∉∈且与cB A ⊂矛盾.充分性. 假设∅=B A 成立, 则cB A ⊂, 于是有A B A c= , 即.\)(A B B A =(3) 必要性. 假设B B A B B A \)()\( =, 即.\cC A B A B A == 若,∅≠B 取,B x ∈ 则,cB x ∉ 于是,cB A x ∉ 但,B A x ∈ 与cC A B A =矛盾.充分性. 假设∅=B 成立, 显然B A B A \= 成立, 即B B A B B A \)()\( =. 3.证明定理1.1.6.定理1.1.6 (1) 如果{}n A 是渐张集列, 即),1(1≥∀⊂+n A A n n 则{}n A 收敛且∞=∞→=1;lim n n n n A A(2) 如果{}n A 是渐缩集列, 即),1(1≥∀⊃+n A A n n 则{}n A 收敛且 ∞=∞→=1.lim n n n n A A证明 (1) 设),1(1≥∀⊂+n A A n n 则对任意 ∞=∈1,n n A x 存在N 使得,NAx ∈ 从而),(N n A x N ≥∀∈ 所以,lim n n A x ∞→∈ 则.lim 1n n n n A A ∞→∞=⊂ 又因为 ∞=∞→∞→⊂⊂1,lim lim n n n n n n A A A由此可见{}n A 收敛且 ∞=∞→=1;lim n n n n A A(2) 当)1(1≥∀⊃+n A A n n 时, 对于,l i mn n A x ∞→∈存)1(1≥∀<+k n n k k 使得),1(≥∀∈k A x k n 于是对于任意的,1≥n 存在0k 使得n n k >0, 从而,0n n A A x k ⊂∈ 可见.lim 1∞=∞→⊂n n n n A A 又因为,lim lim 1n n n n n n A A A ∞→∞→∞=⊂⊂ 所以可知{}n A 收敛且 ∞=∞→=1.lim n n n n A A4.设f 是定义于集合E 上的实值函数,c 为任意实数,证明: (1) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥=>∞=n c f E c f E n 1][1 ;(2) ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+<=≤∞=n c f E c f E n 1][1 ; (3) 若))(()(lim E x x f x f n n ∈∀=∞→,则对任意实数c 有⎥⎦⎤⎢⎣⎡->=⎥⎦⎤⎢⎣⎡->=≥∞→∞=∞=∞=∞=k c f E k c f E c f E n n k n N n N k 1lim 1][111 .证明 (1) 对任意的[],c f E x >∈ 有,)(c x f > 则存在+∈Z n 使得nc x f 1)(+≥成立. 即,1⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥∈n c f E x 那么.11 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥∈n n c f E x 故[];11 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥⊂>n n c f E c f E 另一方面, 若,11 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥∈n n c f E x 则存在+∈Z n 0使得,110 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥∈n n c f E x 于是c n c x f >+≥01)(, 故[]c f E x >∈. 则有[].11 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≥⊃>n n c f E c f E(2) 设[]c f E x ≤∈, 则c x f ≤)(, 从而对任意的+∈Z n , 都有nc x f 1)(+<, 于是 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+<∈11n n c f E x , 故有[];11 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+<⊂≤n n c f E c f E另一方面, 设 ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+<∈11n n c f E x , 则对于任意的+∈Z n , 有n c x f 1)(+<, 由n 的任意性, 可知c x f ≤)(, 即[]c f E x ≤∈, 故[] ∞=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+<⊃≤11n n c f E c f E . (3) 设[]c f E x ≥∈, 则c x f ≥)(. 由),)(()(lim E x x f x f n n ∈∀=∞→ 可得对于任意的+∈Z k , 存在N 使得)(1|)()(|N n k x f x f n ≥∀<-, 即)1(11)()(≥-≥->k kc k x f x f n , 即k c x f n 1)(->, 故)1(1lim ≥∀⎥⎦⎤⎢⎣⎡->∈∞→k k c f E x n n , 所以 ∞=∞→⎥⎦⎤⎢⎣⎡->∈11lim k n n k c f E x , 故[] ∞=∞→⎥⎦⎤⎢⎣⎡->⊂≥11lim k n n k c f E c f E ;另一方面, 设 ∞=∞→⎥⎦⎤⎢⎣⎡->∈101lim k nn k c f E x , 则对任意+∈Z k 有⎥⎦⎤⎢⎣⎡->∈∞→k c f E x n n 1lim 0.由下极限的定义知:存在1N 使得当1N n ≥时, 有)(10+∈∀⎥⎦⎤⎢⎣⎡->∈Z k k c f E x n , 即对任意+∈Z k 有kc x f n 1)(0->; 又由),)(()(lim E x x f x f n n ∈∀=∞→ 知),()(lim 00x f x f n n =∞→ 即对任意的+∈Z k , 存在2N 使得当2N n ≥时, 有kx f x f n 1|)()(|00<-. 取},max {21N N N =,则有k c x f n 1)(0->与k x f x f n 1|)()(|00<-同时成立, 于是有k c x f k x f n 1)(1)(00->>+,从而k c x f 2)(0->, 由k 的任意性知:c x f ≥)(0, 即[]c f E x ≥∈0, 故有[] ∞=∞→⎥⎦⎤⎢⎣⎡->⊃≥11lim k n n k c f E c f E ;综上所述:[].11lim 111 ∞=∞=∞=∞=∞→⎥⎦⎤⎢⎣⎡->=⎥⎦⎤⎢⎣⎡->=≥k N N n n n n n k c f E k c f E c f E5.证明集列极限的下列性质.(1) cn n cn n A A ∞→∞→=⎪⎭⎫ ⎝⎛lim lim _____;(2) c n ncn n A A _____lim lim ∞→∞→=⎪⎭⎫ ⎝⎛; (3) ()n n n n A E A E ∞→∞→=lim \\lim ;(4) ()n n n n A E A E ∞→∞→=lim \\lim .证明 (1) cn n n nm c m n c n m m c n n m m cn n A A A A A ∞→∞=∞=∞=∞=∞=∞=∞→====⎪⎭⎫ ⎝⎛lim )()(lim 111_____ .(2) c n n n n nm c m c n m m c n n m m c n n A A A A A _____111lim )()(lim ∞→∞=∞=∞=∞=∞=∞=∞→====⎪⎭⎫ ⎝⎛ . (3) () ∞=∞=∞=∞=∞=∞=∞→===111))(()()\(\lim n nm n n m cm cm n nm m n n A E A E A E A Ec n nm m n c nm m n nm cmA E A E AE )())(()(111 ∞=∞=∞=∞=∞=∞====∞=∞=∞→==1lim \\n n m n n mA E AE .(4) () ∞=∞=∞=∞=∞=∞=∞→===111))(()()\(\lim n nm cm n nm n nm cm m n n A E A E A E A Ecn nm m n c nm m n n m cm A E A E A E )())(()(111 ∞=∞=∞=∞=∞=∞====∞=∞=∞→==1lim \\n nm n n mA E AE .6.如果}{},{n n B A 都收敛,则}\{},{},{n n n n n n B A B A B A 都收敛且 (1) ()n n n n n n n B A B A ∞→∞→∞→=lim lim lim ;(2) ()n n n n n n n B A B A ∞→∞→∞→=lim lim lim ; (3) ()n n n n n n n B A B A ∞→∞→∞→=lim \lim \lim .习题1.21.建立区间)1,0(与]1,0[之间的一一对应. 解 令1111{,,,,}2345E = , 111{0,1,,,}234F = ,(0,1)\D E =,则(0,1)E D = ,[0,1]F D = .定义:(0,1)[0,1]φ→为: ;11();(1,2,)210;2x x D x x n n n x φ⎧⎪∈⎪⎪===⎨+⎪⎪=⎪⎩则φ为(0,1)[0,1]→之间的一个一一对应.2.建立区间],[b a 与],[d c 之间的一一对应,其中d c b a <<,. 解 定义: :[,][,]a b c d φ→为:()().([,])d c d c bc adx x a c x x a b b a b a b aφ---=-+=+∀∈--- 可以验证: :[,][,]a b c d φ→为一个一一对应.3.建立区间),(b a 与],[d c 之间的一一对应,其中d c b a <<,. 解 令{,,,}234b a b a b a E a a a ---=+++ ,{,,,,}23d c d c F c d c c --=++ (,)\D a b E =. 定义:(,)[,]a b c d φ→为:;();(1,2.)2;.2d cbc ad x x D b a b a d c b ax c x a n n n b a c x a φ--⎧+∈⎪--⎪--⎪=+=+=⎨+⎪-⎪=+⎪⎩可以验证: :(,)[,]a b c d φ→为一个一一对应.4.试问:是否存在连续函数,把区间]1,0[一一映射为区间)1,0(?是否存在连续函数,把区间]1,0[一一映射为]4,3[]2,1[ ?答 不存在连续函数把区间[0,1]一一映射为(0,1); 因为连续函数在闭区间[0,1]存在最大、最小值.也不存在连续函数把区间[0,1]一一映射为[1,2][3,4] ; 因为连续函数在闭区间[1,2]上存在介值性定理, 而区间[1,2][3,4] 不能保证介值性定理永远成立.5.证明:区间2~)1,0()1,0(~)1,0(R ⨯且ℵ=2R .证明 记(0,1)A =,则(0,1)(0,1)A A ⨯=⨯.任取(,)x y A A ∈⨯, 设1231230.,0.,x a a a y b b b == 为实数,x y 正规无穷十进小数表示, 并令1122(,)0.f x y a b a b = , 则得到单射:f A A A ⨯→. 因此由定理 1.2.2知A A A ⨯≤.若令10.5A A =⨯, 则1~A A A A ⊂⨯. 从而由定理1.2.2知: A A A ≤⨯. 最后, 根据Bernstein 定理知: (0,1)~(0,1)(0,1)⨯.对于(,)(0,1)(0,1)x y ∀∈⨯,定义2:(0,1)(0,1)R φ⨯→为:(,)((),())22x y tg x tg y ππφππ=--,则φ为2(0,1)(0,1)R ⨯→的一个一一对应,即2(0,1)(0,1)~R ⨯. 又因为: (0,1)~R , 则由对等的传递性知: 2(0,1)~(0,1)(0,1)~~R R ⨯且2R R ==ℵ.6.证明:{}1:),(22≤+=y x y x A 与{}1:),(22<+=y x y x B 对等并求它们的基数. 证明 令221{(,):(1,2,3,)}E x y x y n n =+== , \D A E =, 221{(,):(1,2,3,)}1F x y x y n n =+==+ .则,A E D B F D == . 定义: :A B φ→为:2222(,);(,),(,)11;(1,2,3,),(,).1x y x y D x y x y x y n x y E n n φ∈⎧⎪=⎨+=+==∈⎪+⎩可以验证: :A B φ→为一一对应, 即~A B . 又因为2~(0,1)(0,1)~~B R R ⨯, 所以A B ==ℵ.7.证明:直线上任意两个区间都是对等且具有基数ℵ.证明 对任意的,I J R ⊆, 取有限区间(,)a b I ⊆,则(,)a b I R ℵ=≤≤=ℵ, 则由Bernstern定理知I =ℵ, 同理J =ℵ. 故I J ==ℵ. 习题1.31.证明:平面上顶点坐标为有理点的一切三角形之集M 是可数集.证明 因为有理数集Q 是可数集,平面上的三角形由三个顶点所确定,而每个顶点由两个数决定,故六个数可确定一个三角形,所以M 中的每个元素由Q 中的六个相互独立的数所确定,即Q},,,,:{621621∈=x x x a M x x x 所以M 为可数集.2.证明:由平面上某些两两不交的闭圆盘之集M 最多是可数集.证明 对于任意的M O ∈, 使得Q ∈)(O f . 因此可得:Q →M f :. 因为1O 与2O 不相交,所以)()(21O f O f ≠. 故f 为单射,从而a M =≤Q .3.证明:(1)任何可数集都可表示成两个不交的可数集之并;(2)任何无限集都可表成可数个两两不交的无限集之并.证明 (2) 当E 可数时,存在双射Q )1,0(:→E f . 因为∞=⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎢⎣⎡+=11,11)1,0(n n n Q Q所以∞=∞=--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎢⎣⎡+==11111,11))1,0((n n n A n n f f E Q Q .其中:)(),3,2,1(1,111j i A A n n n f A j i n ≠Φ==⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎭⎫⎢⎣⎡+=- 且Q . 又因为Q Q ⎪⎭⎫⎢⎣⎡+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎢⎣⎡+-n n n n f 1,11~1,111且Q ⎪⎭⎫⎢⎣⎡+n n 1,11 可数,所以E 可表示成可数个两两不交的无限集之并.当E 不可数时,由于E 无限,所以存在可数集E E ⊂1, 且1\E E 不可数且无限,从而存在可数集12\E E E ⊂,且)(\\)\(2121E E E E E E =无限不可数. 如此下去,可得),3,2,1( =n E n 都可数且不相交,从而1011)()\(E E E E E E i i n i ==∞=∞=.其中)0(≥i E i 无限且不交.4.证明:可数个不交的非空有限集之并是可数集.5.证明:有限或可数个互不相交的有限集之并最多是可数集.证明 有限个互不相交的有限集之并是有限集;而可数个互不相交的有限集之并最多是可数集.6.证明:单调函数的不连续点之集至多是可数集.证明 不妨设函数f 在),(b a 单调递增,则f 在0x 间断当且仅当0)(lim )(lim )0()0(_000>==--+→→+x f x f x f x f x x x x .于是,每个间断点0x 对应一个开区间))0(),0((00+-x f x f .下面证明:若x x '''<为()f x 的两个不连续点,则有(0)(0)f x f x '''+≤-. 事实上,任取一点1x ,使1x x x '''<<,于是11(0)lim ()inf{()}()sup {()}lim ()x x x x x x x x x f x f x f x f x f x f x +-'>'''→→'''<<'+==≤≤=,从而x '对应的开区间((0),(0))f x f x ''-+与x ''对应的开区间((0),(0))f x f x ''''-+不相交,即不同的不连续点对应的开区间互不相交,又因为直线上互不相交的开区间所构成的集合至多是可数集,所以可知单调函数的不连续点之集至多是可数集.7.证明:若存在某正数d 使得平面点集E 中任意两点之间的距离都大于d ,则E 至多是可数集.证明 定义映射}:)3,{(:E x dx E f ∈→,即))(3,()(E x d x D x f ∈=,其中)3,(d x D 表示以E x ∈为中心,以3d 为半径的圆盘. 显然当y x ≠时,有∅=)3,()3,(dy D d x D ,即)()(y f x f ≠,于是f 为双射,由第2题知:a E x dx ≤∈}:)3,{(,故a E ≤.习题1.41.直线上一切闭区之集具有什么基数?区间],[b a 中的全体有理数之集的基数是什么? 答 直线上一切闭区间之集的基数是c . 这是因为:2),(],[:R ∈→b a b a f 为单射,而R ∈→a b a f ],[:为满射,所以c M c =≤≤=2R R .区间],[b a 中的全体有理数之集的基数是c ,这是因为:a a =≤≤. 2.用],[b a C 表示],[b a 上的一切连续实值函数之集,证明: (1) 设},,,,{],[21 n r r r b a =Q ,],[,b a C g f ∈,则⇔=g f ),2,1)(()( ==k r g r f k k ;(2) 公式)),(,),(),(()(21 n r f r f r f f =π定义了单射)(],[:R S b a C →π;(3) c b a C =],[. 证明 (1) 必要性. 显然.充分性. 假设),2,1)(()( ==k r g r f k k 成立. 因为},,,{\],[321 r r r b a x ∈∀,存在有理数列∞=1}{n n x ,使得x x n n =∞→lim ,由],[,b a c g f ∈,可得)()lim ()(lim x f x f x f n n n ==∞→∞→及)()lim ()(lim x g x g x g n n n ==∞→∞→.又因为∞=1}{n n x 为有理点列,所以有)()(n n x g x f =,故],[b a x ∈∀,都有)()(x g x f =.(2) ],[,b a c g f ∈∀,设)()(g f ππ=,即)),(,),(),(()),(,),(),((2121 n n r g r g r g r f r f r f =.由(1)知:g f =. 故π为单射.(3) 由(2)知:c R S b a c =≤)(],[;又由],[b a c ⊂R ,可得],[b a c c ≤=R . 故c b a C =],[.3.设],[b a F 为闭区间]1,0[上的一切实值函数之集,证明: (1) ]},[:))(,{()(b a x x f x f ∈=π定义了一个单射)(],[:2R P b a F →π;(2) ]1,0[⊂∀E ,E E χα=)(定义了单射],[])1,0([:b a F P →α;(3) ],[b a F 的基数是c2.证明 (1) ],[,b a F g f ∈∀,设)()(g f ππ=,即]},[:))(,{(]},[:))(,{(b a x x g x b a x x f x ∈=∈.从而]),[)(()(b a x x g x f ∈∀=,故π为单射.(2) ]1,0[,⊂∀F E ,设)()(F E αα=,则F E F E χααχ===)()(,故α为单射.(3) 由(1)知:c P b a F 2)(],[2=≤R ;又由(2)知:],[2])1,0([b a F P c≤=,故c b a F 2],[=.4.证明:c n=C .证明 因为R R C ⨯~,而c =⨯R R ,故c =C ;又由定理1..4.5知:c n=C . 5.证明:若E 为任一平面点集且至少有一内点,则c E =.证明 显然c E =⨯≤R R . 设00E x ∈,则0>∃δ使得E x B ⊂),(0δ,可知E x B c ≤=),(0δ,故c E =.第一章总练习题.1 证明下列集合等式.(1) ()()F F E F E E F E \\\ ==; (2) ()()()G F G E G F E \\\ =.证明 (1) 因为\()()()()()\c c c c c E E F E E F E E F E E E F E F ==== ,()\()()()\c c c E F F E F F E F F F E F === .所以\\()()\E F E E F E F F == .(2) 因为()\()()()(\)(\),c c c c E F G E F G E F G E G F G E G F G ====所以()()()G F G E G F E \\\ =..2 证明下列集合等式.(1) ()B A B A n n n n \\11∞=∞== ;(2) ()B A B A n n n n \\11∞=∞== .证明 (1)1111\()()(\)ccnn n n n n n n AB A B A B A B ∞∞∞∞======= .(2)1111\()()(\)c c nn n n n n n n AB A B A B A B ∞∞∞∞======= .3.证明:22[][][]c c E f g c E f E g +≥⊂≥≥ ,其中g f ,为定义在E 的两个实值函数,c 为任一常数.证明 若()()22c c x E f E g ∉≥≥ , 则有()2c f x <且()2cg x <, 于是()()()()f x g x f g x c +=+<,故()x E f g c ∉+≥. 所以()()()22c cE f g c E f E g +≥⊂≥≥ .4.证明:nR 中的一切有理点之集n Q 与全体自然数之集对等.证明 因为0Q =ℵ,所以0Q Q Q Q n=⨯⨯⨯=ℵ (推论1.3.1). 又因为0N =ℵ, 所以0Q n N ==ℵ, 故Q ~n N .5.有理数的一切可能的序列所成之集)(Q S 具有什么基数? 6.证明:一切有理系数的多项式之集][x Q 是可数集. 证明 设},Q ,,,,,0,][:][{][Q 1100111∈≠++++==---n n n n n n n n n n a a a a a a x a x a x a x P x P x于是.][Q ][Q 0∞==n n x x显然,Q ~][Q 1n +x n 所以,Q ][Q 1n a x n ==+ 因此由定理1.3.5知:.][Q a x =7.证明:一切实系数的多项式之集][x R 的基数为c .证明 记},R ,,,,,0,][:][{][R 1100111∈≠++++==---n n n n n n n n n n a a a a a a x a x a x a x P x P x于是.][R ][R 0∞==n n x x显然,R~][R 1n +x n 所以,R 1n c n ==+ 因此由定理1.4.3知:.][R c x =8.证明:全体代数数(即可作为有理系数多项式之根的数)之集是可数集,并由此说明超越数(即不是代数数的实数)存在,而且全体超越数之集的基数是c .证明 由于有理系数多项式的全体是可数集,设其元素为,,,,,,210 n P P P P 记多项式)(x P n 的全体实根之集为,n A 由于n 次多项式根的个数为有限个,故n A 为有限集,从而代数数全体 ∞==n nAA 为可数个有限集的并,故A 为可数集,即.a A =设超越数全体所成之集为,B 即,\R A B = 则R,=B A 从而B 必为无限集,由于A 为可数集,而任一无限集添加一个可数集其基数不变,故.R cB A B ===9.证明:A B B A \~\,则B A ~. 证明 因为),()\(),()\(B A A B B B A B A A ==又因为,)(\)(\,~,\~\∅==B A A B B A B A B A B A A B B A所以由保并性知),()\(~)()\(B A A B B A B A即.~B A10.证明:若,,D B B A <≤则D A <.证明 (反证法) 假设,D A = 则由已知可得,B D ≤ 这与D B <矛盾. 故有D A <. 11.证明:若c B A = ,则c A =或c B =.证明 假设,a B A == 则有,a B A = 这与c B A = 矛盾,故有c A =或c B =.12.证明:若c A k k =+∈Z ,则存在+∈Z k 使得c A k =.证明同上.习题2.11.若E 是区间]1,0[]1,0[⨯中的全体有理点之集,求bE E E E ,,,'.解 E =∅;[0,1][0,1]bE E E '===⨯。
实变函数论课后答案第二章2
实变函数论课后答案第二章2第二章第二节习题1.证明点集F 为闭集的充要条件是F F =. 证明:因为'F F F = ,若F 为闭集,则'F F ⊂ 所以'F F F F F F F =⊂=⊂ 故F F =反过来,若'F F F F =⊂ ,则必有'F F ⊂ 从而F 为闭集.2.设()f x 是(),-∞∞上的实值连续函数,证明对于任意常数a ,(){};x f x a >都是开集,(){};x f x a ≥都是闭集.证明:任取常数a ,若 (){}0;x x f x a ∈>,则()0f x a >,由于()f x 连续,0,0a x δ∃>,使()(){}00,,;a xx N x x f x a δ∈⊂≥.这表明(){};x f x a >是开集.任取常数a ,若{}(){};n x x f x a ∈≥,且0n x x →,则从()n f x a ≥和()f x 连续知 ()()0lim n n f x f x a →∞=≥故(){}0;x x f x a ∈≥这表明(){}(){}';;x f x a x f x a ≥⊂≥. 故(){};x f x a ≥是闭集.3.证明任何邻域(),N p δ都是开集,而且()(){}'',;,N p p p p δρδ=<(N 通常称为一闭邻域)证明:()0,p N p δ∀∈,则()00,p p ηρδ≤<()0,Q N p δη∀∈-,()()()00,,,Q p Q p p p ρρρηδηδ≤+<+-=故()()0,,N p N p δηδ-⊂. 故(),N p δ是开集得证.(){}(){}'''';,,;,n p p p p p p p p ρδρδ∀∈≤∈≤且 n p p → 则 ()(),0,,n n p p p p ρρδ→≤() ()() (),,,,n n n p p p p p p p p ρρρρδ≤+≤+. 令n →∞得 (),0p p ρδ≤+. 故(){}(){}''''';,;,p p p p p p ρδρδ≤⊂≤.表明(){}'';,p p p ρδ≤是闭集.又 (){}'';,p p p p ρδ∀∈≤令 11k px p k k ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭, 则() ()111,1,1,1k px p p p p p k k k k ρρρδδ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=+-=-≤-< ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭.()()1,,0k x p p p kρρ=→故(),,k k x N p x p δ∈→ 这表明(){}()()''';,,,p p p N p Np ρδδδ≤⊂⊂而()(){}'',;,N p p p p δρδ⊂≤故()(){}(){}()'''',;,;,,N p p p p p p p N p δρδρδδ⊂≤=≤⊂这表明()(){}'',;,N p p p p δρδ=≤.4.设∆是一有限闭区间,()1,2,3,n F n = 都是∆的闭子集,证明如果1n n F ∞==∅ ,则必有正整数N ,使1Nn n F ==∅ .证明:令1n n i i S F == ,则显知11n n n n F S ∞∞=== ,且12n S S S ⊃⊃⊃⊃ (),1i n F i n ∀≤≤为闭集,故n S 也为闭集.下证 N ∃,使1Nn N n F S ===∅ .反证,设,n n S ∀≠∅,则n n x S ∃∈⊂∆,由于∆是有限闭区间,{}n x 是有界点列,若{},1,2,3,n x n = 为无限集合,则由聚点原理{}n x ∃的子列{}00,,kkn n x xx x →∈∆由于12n S S S ⊃⊃⊃⊃故任取,m N k ∈充分大时kkn n m x S S ∈⊂,又m S 为闭集,且0kn m x x S →∈由m 的任意性知,011m n m m x S F ∞∞==∈==∅ 得矛盾. 若{},1,2,3,n x n = 为有限集合,则0n ∃,当()00max ,n n m ≥时,0n n m x x S S =∈⊂,故 011m n m m x S F ∞∞==∈==∅ 得矛盾.所以∃ N ,使得1NN n n S F ===∅ .证毕.设,n E R μ⊂是一族完全覆盖E 的开邻域,则有μ中的(或有限)多个邻域12,,,m N N N ,它们也完全覆盖了E ( Lindelof 定理)证明:设{};,I αμα=∈ΛΛ为某指标集,则E I αα∈Λ⊂ .,x E ∀∈∃ x α∈Λ,使得x x I α∈.由于I Λ是开集,0x δ∃>使(),x N x I δΛ⊂.由有理点在n R 的稠密性易知,存在有理点nx a Q ∈和有理数0x r >,使()(),,x x x x N a r N x I δΛ∈⊂⊂,而n R 中全体以有理点为心,有理数为半径的球作成集合与nQ Q ⨯的一个子集对等,故这些(){},;x x N a r x E ∈至多是一个可数集,从而相应的{};xIx E α∈也是至多可数集.而这些{};xI x E α∈显然为E 的一个开覆盖,因为(),xx x x E x EE N a r I α∈∈⊂⊂因为每一个上述(),x x N a r 包含在某个I α中,故存在至多可数个i I M ∈,使{};i I i ∈Λ成为E 的一个开覆盖.1. 证明nR 中任何开集G 可表成()1ni i G I ∞== 的形式,其中()()()(){}12;,,,,,1,2,3,,n i i in j j j I p p x xx c x d j n ==<<=证明:(注意这里并为要求()ni I 互不相交)设G 为n R 中的任意开集,则0x G ∀∈,由开集的定义,∃一个球形邻域()()000,0x x N x G δδ⊂>,令()00001200,,,;x x x n j x j I x x x x x x n n δδδ⎧⎫==-<<+⎨⎬⎩⎭则显然()000,x xx I N x G δ∈⊂⊂,且x x GG I G ∈⊂⊂ .故x x GG I ∈= ,x I 显然是开区间,也是开集,{},x I x G μ=∈为G 的一个开覆盖.由本节习题5,μ中的至多可数个123,,,,,n I I I I 完全覆盖了G所以1i i G I G ∞=⊂⊂ .所以1i i G I ∞== ,i I 都是开区间.故本题结论得证.2. 试根据B orel 有限覆盖定理证明Bolzano-Weierstrass 定理.证明:反证,设E 为有限无穷点集而无聚点,则'E =∅,从而'E E =∅⊂, 故E 为有界闭集,且任意p E ∈,都是E 的孤立点.故0p δ∃>使(){},p Np E p δ= ,所以(),p p EE N p δ∈⊂.(){},pN p δ形成E 的一个开覆盖,由于E 为有界闭集,由Borel 有界覆盖定理,∃有限个()()11,,,,,m p mp Np N pδδ ,使()1,imip i E Np δ=⊂()(){}111,,iimmmip ip ii i i E E Np E N p p δδ====== .前已知(){},ii p i N p E p δ= .故{}1mi i E p == 为一有限集合,这与E 为有界无穷集矛盾.8. 证明nR 中任意非空开集的基数都是c .证明:∀开集n U R ⊂,显从n U R ⊂知n U R c ≤=.又存在一个点()00,0,,p U N x U δδ∈∃>⊂,()0,N x c δ=, 故()0,U N x c δ≥≥. 所以Berrstein 定理知U c =. 证毕9. 证明对任意n E R ⊂,E 都是n R 中包含E 的最小闭集.证明:任取n E R ⊂,设F 是包含E 的人一闭集,则E F ⊂,''E F ⇒⊂ 所以''E E EF F F =⊂= ,因为F 为闭集 所以''E F F ⊂=,所以E 是n R 中包含E 的最小闭集. 10. 对于1R 定义的实函数()f x ,令()()()'''',lim sup liminfx x x x W f x fx fx δδδδ++→→-<-<=-.证明:对任意的(){}0,;,x W f x εε>≥都是闭集.进而证明()f x 的全体不连续点作成一F δ集.证明:首先 ,当δ单调下降趋于0时,()''sup x x f x δ-<也单调下降趋于某极限(有限或无限)而()''inf x x f x δ-<单调上升地趋于某极限.故()()()'''',lim sup liminfx x x x Wf x fx fx δδδδ++→→-<-<=-是有确切定义的(可为无限值)先证明:()f x 在0x x =连续()0,0W f x ⇔=.证:先设()0,0Wf x =,则()00,0εδε∀>∃>使00δδ<<时()()''''sup infx x x x fx fx δδε-<-<-<所以y ∀满足0y x δ-<时()()()()''''0sup infx x x x fy f x fx fx δδε-<-<-≤-<故f 在0x 处连续.反过来,若()f x 在0x x =处连续,则()0000,,0x εδδε∀>∃=>, 当00y x δδ-<<时,()()0fy f x εε-<-<又()000,x δδδε∀<=,''''''00,,,y y y x y x δδδδδδ∃-<-< 且()()()()'''''''sup ,infx x x x f x fy f y fx δδδδεε-<-<-≤≤+所以()()()()'''00sup x x f x f x fy f x δδεε-<--≤-<()()()()''''infx x f xf x f x f y δδεε-<--+≤-<不等式相加得()()()()''''''''sup inf220lim sup liminf4x x x x x x x x fx fx fx fx δδδδδδεεε++-<-<→→-<-<--≤≤-≤即()00,4,0W f x εε≤≤<任意.所以()0,0Wf x =为证(){}0;,x Wf x ε≥为闭集,只用证(){}0;,x W f x ε<为开集. (){}00;,x x Wf x ε∀∈<必有()0,Wf x ε<所以存在()00,0x δδε=>使()00,δδ∀∈时, ()()()()000sup inf ,2N x N x f f W N x δδδεδ-<()02y N x δ∀∈,由三角不等式,则()()02N y N x δδ⊂.故()()()02,,W f N y Wf N x δδε⎛⎫≤< ⎪⎝⎭所以()()02,lim ,Wf y W f N y δδε+→⎛⎫=< ⎪⎝⎭这说明()(){}02;,N x x Wf x δε⊂<故(){};,x Wf x ε<是开集,从而(){};,x W f x ε≥是闭集.由于()f x 在x 不连续的充要条件是(),0Wf x ≥.所以使x 不连续的点集为表为()11;,k F x Wf x k ∞=⎧⎫=≥⎨⎬⎩⎭. 由于()1,;,k x Wf x k ⎧⎫∀≥⎨⎬⎩⎭是闭集,故F 为一F δ集. 同时我们看出,全体使f 连续的点集是()11;,ck F x Wf x k ∞=⎧⎫=<⎨⎬⎩⎭这是一个G δ集合.推广:(1)对1:n f R R →有一样的结论,只不过在定义(),Wf x 时,'x x -理解为n R 中的距离()';x x ρ,其它完全一样,因为三角不等式对().,.ρ成立, (2)若f 是n R 中的开集,G 到1R 的函数,则同样可定义()(),W f x x G ∀∈,因为当(){}0,;,,x x G W f x εε∀>∈<为开集,(){};,x G Wf x ε∈≥为闭集.f 的不连续点集为()11;,k x G Wf x k ∞=⎧⎫∈≥⎨⎬⎩⎭而f 的不连续点集为()11;,k x Wf x k ∞=⎧⎫<⎨⎬⎩⎭. 11. 于n E R ⊂及实数α,定义()(){}1212,,;,,,n n E x x x x x x E αααα=∈ .证明当E 为开集,00,p E αα≠∀∈,则∃ 0E X ∈,使00p α=XE 开集,0E X ∈,故0δ∃>,使()0,N E δX ⊂.则∀()0,y N αδ∈X ,则yy αα=而0001y y y αδααδαααααX -X --=-X <=.故()0,yN E δα∈X ⊂从而yy E ααα=∈这表明()0,N E αδαX ∈,故E α为开集.若E 为闭集,0α=,则(){}0,0,0E α= 为单点集.当然是闭集,若0α≠,则0,n n p E p p α∈→,则0,,,nn n n n n p p E p p αα=X X ∈=X →表明nn p p αα=X →,而E 为闭集,0n p αX →,故np E α∈,从而0p p E ααα=∈.这说明()'E E αα⊂.从而得知E α为闭集.12. 设()fp 是定义于n R 上的实函数,证明()f p 在n R 上连续的充要条件是对于1R 中任何开集G .()(){}1;fG p f p G -∈ 都是1R 中的开集.证明:设1:n f R R →连续,G 为任一1R 中开集. ()10p fG -∀∈,则()0f p G ∈,由G为开集知,0δ∃>,使()()0,Nf p G ε⊂对上述()00,,0p εδδε>∃=>,使当()0,y N p δ∈时()()0fy f p ε-<故()()()0,fy N f p G ε∈⊂即()1y fG -∈.这说明()()10,N p f G δ-⊂故()1fG -为开集.现设对1R 中任意开集,()1,G fG -为开集,0,ε∀>()()0,Nf p ε是1R中的开集.故()()()1,fN f pε-是开集,而()()()100,p fN f pε-∈.故()()()()00,,f N p Nf p δε⊂所以()()()()00,,,y N p fy N f p δε∀∈∈.()()0fy f p ε-<这说明f 在0p 连续 证毕13. nR 上的实函数()f P 称为是下半连续的,若对任意n P R ∈,都有()()()()()0,lim inf lim inf Q PP Q f P f Q f Q δρδ→→<≤ ,证明()f P 下半连续等价于对任意的实数(){},;P f P αα≤都是n R 中的闭集,也等价于(){};P f P α≤是n R 中的开集.现若f 下半连续,1R α∀∈,若(){}0;P P f P α∈>. 则()()()()000lim inf N P f P f Q δδα→<≤∀()00022f P αεε-<<,()0,0p δδε∃=>使()()()00inf N P f P f Q δαε<-<所以()0,y N P δ∀∈,有()()()()00inf N P f P f Q fy δαε<-<≤.所以()(){}0,;N P P f P δα⊂>.故(){};P f P α>为开集.(从而(){};P f P α>为闭集)f 在nR 上下半连续,0,0nP R ε⇔∀∈∀>,()0,0p δδε∃=>.当()0,P N P δ∈时,()()0f P f P ε-<-. 反过来,若(){}1,;R x f x αα∀∈>为开集.则()(){}000,0,;nP R P x f x f P εε∀∈∀>∈>-由于()(){}0;P f P f P ε>-是开集.所以()0,0P δε∃>使()()(){}00,;P N P P f P f P δε∈⊂>-()0,Q N P δ∀∈有()()0f P f P ε>-,即f 在n R 上下连续,故一个等价性得证.而f 在n R 上下连续(){}1,;R P f P αα⇔∀∈≤是闭集(){};P f P α⇔>是开集.下证(){}1,;R P f P αα∀∈≤()(){},;,nP y P Rf P y ⇔∈≤为闭集.先设(){};P f P α≤为闭集,α任意.所以()()(){},,;;n n n n n P y P y P R f P y ∀∈∈≤,00,n n P P y y →→. 所以0,,N ε∀>∃当n N ≥时0n y y ε≤+. 故(){}0;n P P f P y ε∈≤+,这是闭集. 而(){}00;n P P P f P y ε→⇔≤+ 所以()00f P y ε≤+,()0ε∀>故()00f P y ≤.这表明()()(){}00,,;;n P y P y P R f P y ∈∈≤是闭集.若()(){},;;n P y P R f P y ∈≤是闭集,而(){}0;,n n P P f P P P α∈≤→ 则()()(){},,;;nn P P y P Rf P y α→∈≤,()()0,,n P P αα→.因为()(){},;;n P y P R f P y ∈≤为闭集,故()()(){}0,,;;n P P y P R f P y α∈∈≤ 所以()0f P α≤.这说明(){}0;P P f P α∈≤ 故(){};P f P α≤为闭集. 得证.14. 设,A B 是n R 中的有界闭集,01λ<<,证明()(){}121;,,,n A B x x x x λλ+- 有()()1212,,,,,,,n n y y y A z z z B ∈∈ ,使()1,1,2,i i i x y z i λλ=+-= 为有界闭集.举例说明当,A B 无界时,()1A B λλ+-可以不是闭集. 证明:,A B 有界,故存在 M 使()22212,,n x A B x x x x x x M ρ∀∈==+++≤特别地 i x M ≤.()1x A B λλ∀∈+-,有()1x A B λλ∀∈+-使 ()1i i i x y z λλ=+-,故()1x y z λλ=+-.故()()()111x y z y z M M M λλλλλλ∈+-≤+-≤+-=. 所以01λ≤≤时,()1A B λλ+-也有界.为证()1A B λλ+-为闭集,设()1n x A B λλ∈+-,0n x x →, 则,n n y A z B ∃∈∈使()1n n n x y z λλ=+-.由,A B 有界,()1n x A B λλ∈+-, ,n n y A z B ∈∈,由聚点原理,n y ∃的子列k n y 使0k n y y →,{}k n z 有子列{}k l n z 使0k l n z z →,{}k l n x 有子列{}k li n x 使()0k li nx x i →→∞ 从()1k k k lili li n n n x y z λλ=+- 所以()0001x y z λλ=+-,而,A B 为闭集,故00,y A z B ∈∈.从而有()01x A B λλ=+- 这说明()1A B λλ+-是闭集. 若,A B 不全是有界闭集时,()1A B λλ+-可不为闭集,在2R 上考虑()()(){}11,;,0,,,0;1,2,A x y y R x y x B n n ⎧⎫=∈∈∞=⎨⎬⎩⎭=-= B 是全由孤立点组成的集合,显然为闭集,但无界. 任取(),n n x y A ∈,若()()100,,n n x y x y R →∈, 则00,x y 为有限数,故从01n n y y x =→知00x ≠ 所以00010,x y x >=这说明()00,x y A ∈,故A 为闭集合,显然 0x +→时,1y x =→∞,故A 无界. 但1122A B +都不是闭集.取()1,0,,n B n A n ⎛⎫-∈∈ ⎪⎝⎭ 则()111111,0,0,22222n p n n A B n n⎛⎫⎛⎫=-+=∈+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭. 显然()0,0n p →,但()110,022A B ∉+. 因为若()110,022A B ∈+,则()0001,0,,n B x A x ⎛⎫∃-∈∈ ⎪⎝⎭使 ()()0001110,0,,022x n x ⎛⎫=+- ⎪⎝⎭故00011,0x n x =≥=得矛盾 所以1122A B +不是闭集.。
实变函数测试题与答案
实变函数测试题与答案实变函数试题⼀,填空题1. 设1,2n A n ??=,1,2n = ,则lim n n A →∞= . 2. ()(),,a b -∞+∞ ,因为存在两个集合之间的⼀⼀映射为3. 设E 是2R 中函数1cos ,00,0x y x x ?≠?=?? =?的图形上的点所组成的集合,则E '= ,E ?= . 4. 若集合nE R ?满⾜E E '?, 则E 为集.5. 若(),αβ是直线上开集G 的⼀个构成区间, 则(),αβ满⾜:, .6. 设E 使闭区间[],a b 中的全体⽆理数集, 则mE = .7. 若()n mE f x →()0f x ??=??, 则说{}()n f x 在E 上 .8. 设nE R ?, 0n x R ∈,若 ,则称0x 是E 的聚点.9. 设{}()n f x 是E 上⼏乎处处有限的可测函数列, ()f x 是E 上⼏乎处处有限的可测函数, 若0σ?>, 有, 则称{}()n f x 在E 上依测度收敛于()f x .10. 设()()n f x f x ?,x E ∈, 则?{}()n f x 的⼦列{}()j n f x , 使得 .⼆, 判断题. 正确的证明, 错误的举反例. 1. 若,A B 可测, A B ?且A B ≠,则mA mB <. 2. 设E 为点集, P E ?, 则P 是E 的外点.3. 点集11,2,,E n ?=的闭集.4. 任意多个闭集的并集是闭集.三, 计算证明题1. 证明:()()()A B C A B A C --=-2. 设M 是3R 空间中以有理点(即坐标都是有理数)为中⼼,有理数为半径的球的全体, 证明M 为可数集.3. 设nE R ?,i E B ?且i B 为可测集, 1,2i = .根据题意, 若有()()*0,i m B E i -→→∞, 证明E 是可测集.4. 设P 是Cantor 集, ()[]32ln 1,(),0,1x x P f x x x P ?+ ∈?=? ∈-??.求10(L)()f x dx ?.5. 设函数()f x 在Cantor 集0P 中点x 上取值为3 x , ⽽在0P 的余集中长为13n 的构成区间上取值为16n , ()1,2n = , 求1()f x dx ?.6. 求极限: 13230lim(R)sin 1n nx nxdx n x →∞+?.实变函数试题解答⼀填空题 1. []0,2.2. ()()()tan ,,.2x x a x a b b a ππ=--∈??-??3. {}1(,)cos ,0(0,)1x y y x y y x ??=≠≤; ?. 4. 闭集.6. b a -.7. ⼏乎处处收敛于()f x 或 a.e.收敛于()f x . 8. 对000,(,)U x δδ?> 有{}()0E x -=?.9. lim ()()0n n mE f x f x σ→∞-≥= 10. ()()n f x f x → a.e.于E . ⼆判断题1. F . 例如, (0,1)A =, []0,1B =, 则A B ?且A B ≠,但1mA mB ==.2. F . 例如, 0(0,1)?, 但0不是(0,1)的外点.3. F . 由于{}0E E '=?.4. F . 例如, 在1R 中, 11,1n F n n ??=-, 3,4n = 是⼀系列的闭集, 但是3(0,1)n n F ∞== 不是闭集.5. T . 因为若E 为有界集合, 则存在有限区间I , I <+∞,使得E I ?, 则**,m E m I I ≤=<+∞ 于*m E =+∞ . 三, 计算证明题. 1. 证明如下:()()()()()()()()S SS S S A B C A B CA B C A B C A B A C A B A C --=- = = = =-2. M 中任何⼀个元素可以由球⼼(,,)x y z , 半径为r 唯⼀确定, x ,y , z 跑遍所有的正有理数, r 跑遍所有的有理数. 因为有理数集于正有理数集为可数集都是可数集, 故M 为可数集.3. 令1i i B B ∞== , 则i E B B ??且B 为可测集, 于是对于i ?, 都有i B E B E -?-, 故()()**0i m B E m B E ≤-≤-,令i →∞, 得到()*0m B E -=, 故B E -可测. 从⽽()E B B E =--可测.4. 已知0mP =, 令[]0,1G P =-, 则()132030(L)()(L)ln 1(L)(L)()(L)(L)(R)()133PGGPGf x dx x dx x dxf x dxx dx x dxf x dxx=++ =0+ =+ = ==.5. 将积分区间[]0,1分为两两不相交的集合: 0P , 1G , 2G ,其中0P 为Cantor 集, n G 是0P 的余集中⼀切长为13n 的构成区间(共有12n -个)之并. 由L 积分的可数可加性, 并且注意到题中的00mP =, 可得11111111()()()()()1()61126631112916nn P G P G n nP G n n n n nn n n n f x dx f x dx f x dx f x dx f x dx f x dx dx mG ∞=∞=∞=-∞∞==∞==+ =+ =+=0+===∑??∑?∑∑∑6. 因为323sin 1nx nx n x +在[]0,1上连续, 13230(R)sin 1nx nxdx n x +?存在且与13230(L)sin 1nx nxdx n x +?的值相等. 易知323232323211sin .11122nx nx nx nx n x n x n x x x≤≤?≤+++ 由于12x 在()0,1上⾮负可测,且⼴义积分1012dx x收敛,则12x在()0,1上(L)可积,由于3lim sin 01n nx nx n x →∞=+, ()0,1x ∈,于是根据勒贝格控制收敛定理,得到1133232300132301lim(R)sin lim(L)sin 11lim sin 100n n n nx nx nxdx nxdx n x n xnx nx dx n x dx →∞→∞→∞=++?? = ?+?? ==.⼀、判定下列命题正确与否,简明理由(对正确者予以证明,对错误者举处反例)(15分,每⼩题3分)1.⾮可数的⽆限集为c势集2.开集的余集为闭集。
实变函数课后习题答案_北大版_周民强
证: lim En = [a, b]\E.
n→∞ n→∞
n→∞
∀ x ∈ [a, b] \ E, ∵ lim fn (x) = 1, ∴ ∃N, ∀ n ≥ N, fn (x) ≥
n→∞ 1 , i.e. 2 n→∞ n→∞
∞
{x ∈ [0, 1] : |f (x)| >
n=1
1 } n
=
∞
+ − 1 < |f (x1 ) + f (x2 ) + · · · + f (xp )| ≤ M, p < nM , 所以 E1 则 p· n /n 只含有限个数, 同理 E1/n 也只含有限个数, 由此可得 E 可数.
n=1
+ (E1 /n
S (C, r3 )), S (P, r) 表示以 P 为圆心 r 为半径的球面 }, E 可数.
10. 设 E 是平面 R2 中的可数集, 试证明存在互不相交的集合 A 与 B , 使得 E = A ∩ B, 且任一平行于 x 轴的直线交 A 至多是有限个点, 任一平行于 y 轴的直线交 B 至多是有限 个点. 2
证: ∵ E 可数, ∴ E 中点的横坐标, 纵坐标集合也可数, 分别记为 X = {x1 , x2 , · · · , xn , · · · }, Y = {y1 , y2 , · · · , yn , · · · }, 如此就可记 E = {(xi , yj ) ∈ E : i, j ∈ N}, 作从 E 到 N2 的映 射 f : f ((xi , yj )) = (i, j ); 记 A1 = {(i, j ) : i ≤ j }, B1 = {(i, j ) : i > j }, 令 A = f −1 (A1 ), B = f −1 (B1 ) 即可. 11. 设 {fα (x)}α∈I 是定义在 [a, b] 上的实值函数族. 若存在 M > 0, 使得 |fα (x)| ≤ M, x ∈ [a, b], α ∈ I, 试证明对 [a, b] 中任一可数集 E , 总有函数列 {fαn (x)}, 存在极 限 lim {fαn (x)}, x ∈ E.
《实变函数》综合训练题(四)及解答
《实变函数》综合训练题(四)(含解答)一、多项选择题(每题至少有两个或两个以上的正确答案)1、设E 是[0,1]中的有理点全体,则(C 、D )[考核对典型集合掌握的情况] (A )E 是闭集 (B )E 中的每一点都是内点 (C )E 是可数集 (D )0mE =2、设E 是[0,1]中的无理点全体,则(C 、D )(A )E 是可数集 (B )E 是闭集 (C )E 中的每一点都是聚点 (D )0mE > 3、若1E R ⊂的外测度为零,则( B 、D )[考核零测集的特点] (A )E 一定是可数集 (B )E 一定是可测集 (C )E 不一定是可数集 (D )0mE =4、若1E R ⊂至少有一个内点,则( B 、D )[考核典型集的外测度可数性的特点](A )*m E 可以等于零 (B )*0m E > (C )E 可能是可数集 (D )E 是不可数集5、设()nmE E R <+∞⊂,函数列{()}n f x 为E 上几乎处处有限的可测函数列,()f x 为E 上几乎处处有限的可测函数,若()()()n f x f x x E ⇒∈,则下列哪些结论不一定成立(A 、B 、C 、D )[考核可测函数与勒贝格积分的简单综合](A )()d Ef x x ⎰存在 (B )()f x 在E 上L 可积(C )..()()()a e n f x f x x E →∈ (D )lim ()d ()d n n EEf x x f x x →∞=⎰⎰6、设[,]E a b ⊂是可测集,则E 的特征函数()E X x 是 (A 、B 、C )[考核特征函数的特点](A )[,]a b 上的简单函数(B )[,]a b 上的可测函数 (C )E 上的连续函数(D )[,]a b 上的连续函数7、若()f x 在可测集E 上有L 积分值,则(A 、C )[考核勒贝格积分的定义](A )()f z +和()f z -中至少有一个在E 上L 可积 (B )()f z +和()f z -都在E 上L 可积 (C )()f z 在E 上也有L 积分值 (D )()f z 在E 上一定L 可积 8、设()f x 在可测集E 上L 可积,则( B 、D )[考核勒贝格积分的定义](A )()f z +和()f z -有且仅有一个在E 上L 可积 (B )()f z +和()f z -都在E 上L 可积(C )()f z 在E 上不一定L 可积 (D )()f z 在E 上一定L 可积9、设()f z 是[,]a b 的绝对连续函数,则( A 、B 、C )[考核绝对连续函数、有界变差函数的基本性质](A )()f z 是[,]a b 上的连续函数 (B )()f z 是[,]a b 上的一致连续函数 (C )()f z 是[,]a b 上的有界变差函数 (D )()f z 在[,]a b 上处处可导10、设()f z 是[,]a b 的单调函数,则( A 、C 、D )[考核绝对连续函数、有界变差函数的基本性质](A )()f z 是[,]a b 的有界变差函数 (B )()f z 是[,]a b 的绝对连续函数 (C )()f z 在[,]a b 上几乎处处连续 (D )()f z 在[,]a b 上几乎处处可导 二、单项选择题 (每题仅有一个正确答案)1.设E 是[0,1]中的无理点全体,则E 是( C ).[考核对典型集合掌握的情况] (A)可数集 (B)有限集 (C)不可数集 (D)零测集 2.下面集合关系成立的是( A ). [考核对集合的基本运算掌握的情况](A)(\)A B B A B ⋃=⋃ (B)(\)A B B A ⋃= (C)(\)B A A A ⋃⊂ (D)\B A A ⊂ 3.若2E R ⊂至少有一个内点,则有(B ). [考核对典型集合外测度掌握的情况](A)*0m E = (B)*0m E > (C)0mE =(D)0mE < 4.设2E R ⊂是开集,则( B ).[考核开集闭集的基本特征] (A)E E '⊂ (B)0E E = (C)E E = (D)E E '=5.设[,]E a b ⊂是可测集,则E 的特征函数()E X x 是[,]a b 上的(A). [考核对集合的特征函数的认识](A)简单函数 (B)常函数 (C)连续函数(D)单调函数 6.设[0,1]Q ⊂是有理数集,1,()0,x QD x x Q ∈⎧=⎨∉⎩,则()D x 是[0,1]上的(C).[考核目标同上题](A)连续函数(B)单调函数(C)简单函数(D)定积分存在的函数 7.设()f x 在可测集E 上勒贝格可积,则(B). [考核勒贝格积分的定义](A)()f x +和()f x -有且仅有一个在E 上勒贝格可积;(B)()f x +和()f x -都在E 上勒贝格可积(C)()f x +和()f x -都在E 上不勒贝格可积;(D)()()()f x f x f x +-=+在E 上不勒贝格可积8.设W 是[0,1]上的无理数集,c 表示连续基数,则(D). [考核对典型集合基数和测度掌握的情况](A)W c > (B)W c < (C)0mW = (D)1mW =9.设()f x 是[,]a b 上的单调函数,则()f x 是[,]a b 上的(D). [考核基本的有界变差函数和绝对连续函数](A)连续函数 (B)绝对连续函数 (C)可导函数 (D)有界变差函数10.设()f x 在[,]a b 上绝对连续,则()f x 在[,]a b 上(A).[考核绝对连续函数的关系的基本性质](A)有界变差 (B)可导 (C)单调 (D)连续可微三、填空题1.设A ,B 为X 的两个子集,则\A B 等于 C A B ⋂ .[考核集合之间的基本关系] 2.设A ,B 为两个集合,则A B ⋃ 等于 (\)B A A ⋃ .[考核目标同上]3.设n E R ⊂,如果E 满足E E '⊂,则E 是 闭 集.[考核开集、闭集的定义] 4.设n E R ⊂,如果E 中的每一点都是内点,则E 是 开 集.[考核开集、闭集的定义]5.若开区间(,)αβ是直线上开集G 的一个构成区间,则(,)αβ满足(,)G αβ⊂且,G αβ∉.[考核开集的构成区间的定义和特点]6.设E 是1R 上的开集,若开区间(,)a b 满足(,)a b E ⊂且,a b E ∉,则称(,)a b 是开集E 的 构成 区间.[考核开集的构成区间的定义和特点]7.设A 是无限集,则A 的基数A 大于或等于 a (其中a 表示可数基数).[考核可数集的性质]8.设A 是偶数集,则A 的基数A 等于 a (其中a 表示可数基数).[考核可数集的性质]9.设1E ,2E 为可测集,2mE <+∞,则12(\)m E E 大于或等于 12mE mE -.[考核测度的性质,单调性和次可加性]10.设A ,B 为可测集,则()m A B ⋃ 小于或等于 mA mB +.[考核测度的性质,次可加性]11.设()f x 是定义在可测集E 上的实函数,若对任意实数a ,都有[()]E x f x a >是 可测集 ,则称()f x 是可测集E 上的可测函数. [考核可测函数的定义]12.设()f x 是可测集E 上的可测函数,则对任意实数a ,b (a b <),有[()]E x a f xb <<是可测 集. [考核可测函数的基本性质]13.设1E R ⊂是可数集,则*m E 等于 0.[考核典型集合的测度和外测度] 14.设[0,1]P ⊂是康托集,则mP 等于 0.[考核典型集合的测度和外测度]15.设函数列{()}n f x 为可测集E 上的可测函数列,且()n f x 在E 上依测度收敛于()f x ,则存在{()}n f x 的子列{()}kn f x ,使得()kn f x 在E 上 几乎处处收敛于 ()f x . [考核函数列收敛与依测度收敛的关系的记忆,本题是其中的黎斯定理]16.设mE <+∞,{()}n f x 是E 上的可测函数列,()f x 是E 上的实函数,若()n f x 在E 上几乎处处收敛于()f x ,则()n f x 在E 上 依测度 收敛于()f x .[考核函数列收敛与依测度收敛的关系的记忆,本题是其中的勒贝格定理]17.设()f x 在[,]a b 上黎曼可积,则()f x 在[,]a b 上勒贝格可积,且它们的积分值 相等 .[考核黎曼积分与勒贝格积分的关系]18.设()f x ,()g x 都在[,]a b 上勒贝格可积,且几乎处处相等,则它们在[,]a b 上勒贝格积分 值 相等 .[考核勒贝格积分的基本性质]19.若()f x 是[,]a b 上的绝对连续函数,则()f x 是 [,]a b 上的有界变差函数.[考核有界变差函数和绝对连续函数的关系]20.若()f x 是[,]a b 上的有界变差函数,则()f x 可以表示成两个单调函数的 和或差 .[考核有界变差函数和单调函数的关系,即约当分解定理]四、判断说明题(注意这类题不仅要求判断对还是不对,而且还要简单的说明理由) 1.无限个闭集的并集仍为闭集.[考核开集、闭集的性质] 答:不对,因为闭集只对有限的并集运算封闭。
实变函数课后题答案第二章
习题2.11.若E 是区间]1,0[]1,0[⨯中的全体有理点之集,求b E E E E ,,,' . 解 E =∅ ;[0,1][0,1]b E E E '===⨯。
2.设)}0,0{(1sin ,10:),( ⎭⎬⎫⎩⎨⎧=≤<=x y x y x E ,求b E E E E ,,,' .解 E =∅ ;{(,):0,11}.b E E x y x y E E '==-≤≤==3.下列各式是否一定成立? 若成立,证明之,若不成立,举反例说明.(1) 11n n n n E E ∞∞=='⎛⎫'= ⎪⎝⎭; (2) )()(B A B A ''=' ; (3) n n n n E E ∞=∞==⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛11 ; (4) B A B A =; (5) ︒︒︒=B A B A )(; (6) .)(︒︒︒=B A B A解 (1) 不一定。
如设12={,,,,}n r r r Q ,{}n n E r =(单点集),则1()n n E ∞=''==Q R , 而1.n n E ∞='=∅ 但是,总有11n n n n E E ∞∞=='⎛⎫'⊃ ⎪⎝⎭ 。
(2) 不一定。
如 A =Q , B =R \Q , 则(),A B '=∅ 而.A B ''=R R =R(3) 不一定。
如设12={,,,,}n r r r Q ,{}n n E r =(单点集),则1n n E ∞===Q R , 而1.n n E ∞==Q 但是,总有11n n n n E E ∞∞==⎛⎫⊃ ⎪⎝⎭ 。
(4) 不一定。
如(,)A a b =,(,)B b c =,则A B =∅ ,而{}A B b = 。
(5) 不一定。
如[,]A a b =, [,]B b c =, 则(,)A a b = , (,)B b c = ,而()(,)A B a c = ,(,)\{}A B a c b = .(6) 成立。
实变函数课后答案
实变函数课后答案以下是十道实变函数的课后试题及答案:1.计算函数f(x)=2x+3在x=4处的取值。
答案:f(4)=2(4)+3=112.证明函数f(x)=x^2在定义域内是增函数。
答案:对于任意x1<x2,在区间(x1,x2)内有f(x1)<f(x2)。
证明:f(x2)-f(x1)=x2^2-x1^2=(x2+x1)(x2-x1)>0,其中x2+x1>0且x2-x1>0。
因此,f(x)=x^2在定义域内是增函数。
3. 求函数f(x) = ln(x)的定义域。
答案:由于ln(x)的定义域是(0, +∞),所以函数f(x) = ln(x)的定义域是(0, +∞)。
4.求函数f(x)=,x-3,的值域。
答案:由于,x-3,的值域是[0,+∞),所以函数f(x)=,x-3,的值域是[0,+∞)。
5.计算函数f(x)=e^x在x=2处的导数。
答案:f'(x)=e^x,所以f'(2)=e^26. 计算函数f(x) = sin(x)在x = π/4处的导数。
答案:f'(x) = cos(x),所以f'(π/4) = cos(π/4) = 1/√27.证明函数f(x)=x^3是奇函数。
答案:对于任意x,f(-x)=(-x)^3=-x^3=-f(x),所以函数f(x)=x^3是奇函数。
8. 证明函数f(x) = sin(x)在定义域内是周期函数。
答案:sin(x)的周期是2π,对于任意实数x,有sin(x + 2π) = sin(x),所以函数f(x) = sin(x)在定义域内是周期函数。
9.求函数f(x)=e^x的反函数。
答案:令y = e^x,解得x = ln(y),所以函数f(x) = e^x的反函数是f^(-1)(x) = ln(x)。
10.计算函数f(x)=1/x在x=2处的极限。
答案:lim(x→2)(1/x) = 1/2。
实变函数测试题与答案
实变函数测试题与答案实变函数测试题一、填空题1.设 $A_n=\begin{pmatrix} 1/n \\ 1/(n+1) \\ \cdots \\ 1/(2n) \end{pmatrix}$,则 $\lim\limits_{n\to\infty}A_n=\begin{pmatrix} 0 \\ 0 \\ \cdots \\ 0 \end{pmatrix}$。
2.$(a,b)$ 与 $(-\infty,+\infty)$ 之间存在两个集合之间的一一映射,因此它们的基数相同。
3.设 $E$ 是函数 $y=f(x)$ 的图形上的点所组成的集合,则$E=\{(x,f(x)):x\in\mathbb{R}\}$。
4.若集合 $E\subset\mathbb{R}$ 满足 $E'\subset E$,则$E$ 是闭集。
5.若 $(\alpha,\beta)$ 是直线上开集 $G$ 的一个构成区间,则 $(\alpha,\beta)$ 是连通集。
6.设 $E$ 是闭区间 $[a,b]$ 中的全体无理数集,则$m(E)=b-a$。
7.若 $\{f_n(x)\}$ 在 $E$ 上几乎处处有限且可测,$f(x)$ 在 $E$ 上几乎处处有限且可测,并且$\lim\limits_{n\to\infty} f_n(x)=f(x)$,则 $\{f_n(x)\}$ 在 $E$ 上依测度收敛于 $f(x)$。
8.XXX{R}$,$x$ 是 $E$ 的聚点,$f(x)$ 是实变函数,则存在 $\{x_n\}\subset E$,使得 $\lim\limits_{n\to\infty}x_n=x$ 且 $\lim\limits_{n\to\infty} f(x_n)$ 存在。
9.若 $\{f_n(x)\}$ 在 $E$ 上几乎处处有限且可测,$f(x)$ 在 $E$ 上几乎处处有限且可测,并且对于任意$\sigma>0$,都有 $\lim\limits_{n\to\infty} m\{x\in E:|f_n(x)-f(x)|\geq\sigma\}=0$,则 $\{f_n(x)\}$ 在 $E$ 上依测度收敛于$f(x)$。
实变函数胡适耕完整
c
因 ( A \ B) \ (C \ D) ( A
Dc ) D)
( A Bc
又 ( A \ C)
c
C c ) ( A Bc
(( A \ C) B ) ( A ( D \ B)) , B A \ C , A ( D \ B) D \ B .
( D \ B) .
故 ( A \ B) \ (C \ D) ( A \ C ) 4. AB B A . 证 “ ” AB ( A \ B ) ( B \ A) ,若 A 非空,则
1 1 1 1 使 f ( x ) y .则 f ( y) f ( B), f ( f ( y)) f ( f ( B)) .
即 y f (f
1
( B)) B f ( f 1 ( B))
z f ( f 1 ( B)) f 1 ( z) f 1 ( B) z B f ( f 1 ( B)) B .
x lim An N x N , n N x 有 x An { An ( x)} n 1 中自 N x 后全为 0
n
lim An ( x) lim sup Ak ( x) 0
n n k n
同理可证: lim An lim An
n
n
于是 lim An 存在 lim An 存在, 从而 A lim An A lim An .
Bi )
( Ai \ Bi ) .
1
证
x ( Ai ) \ ( Bi ) ,则 x Ai 且 x Bi , ( Ai \ Bi ) .
n
因此 j N , 使得 x A j ,且对 i N ,有 x Bi , 则 x Aj \ B j ,所以 x 6.若 {An } 与 {Bn } 是升列,则 证
实变函数部分课后习题答案(最新版)
备注:证明题每章都是二选一,计算题在第五章第二章1.证明点集F 为闭集的充要条件是F F =. 证明:因为'F F F = ,若F 为闭集,则'F F ⊂ 所以'F F F F F F F =⊂=⊂ 故F F =反过来,若'F F F F =⊂ ,则必有'F F ⊂,从而F 为闭集.2.设()f x 是(),-∞∞上的实值连续函数,证明:对于任意常数a ,(){};x f x a >都是开集,(){};x f x a ≥都是闭集.证明:任取常数a ,若 (){}0;x x f x a ∈>,则()0f x a >,由于()f x 连续,0,0a x δ∃>, 使()(){}00,,;a x x N x x f x a δ∈⊂≥,这表明(){};x f x a >是开集.任取常数a ,若{}(){};n x x f x a ∈≥,且0n x x →,则从()n f x a ≥和()f x 连续知 ()()0lim n n f x f x a →∞=≥,故(){}0;x x f x a ∈≥这表明(){}(){}';;x f x a x f x a ≥⊂≥.,故(){};x f x a ≥是闭集.第三章68页3.证明对任意可测集合A 和B 都有()()()()m A B m A B m A m B +=+ (*) 证明:若()m A B =∞ ,则,A B A B ⊂∞=∞=∞=⋃⇒)(,)(,)(B m A m B A m∞=+=⋂+⋃=∞∴)()()()(B m A m B A m B A m 成立.若()m A B <∞ 则(*)等价于()()()()m A B m A m B m A B =+- 注意到()(),A B A B A A B A =--=∅ 且,A B 可测B A ⇒-可测()()()m A B m A m B A =+-A 可测()()()()()c m B m A B m A B m A B m B A =+=+-)()()()(B A m B m A B m B A m ⋂-=-∴∞<⋂()()()()m A B m A m B m A B ∴=+-9、设n E R ⊂,那么E 可测当且仅当对任意正数ε,存在开集G E ⊃及闭集F E ⊂使得()m G F ε-<。
实变函数参考答案(习题一)
旧版书习题一2.证明:(i )右边=⊂--))(())((D B C D B A 左边 (ii )右边=⊃--))(())((D B C D B A 左边3.解:等式右边=)()()(C C C A B A C B A --=- ,我们猜想C C A C =-,即A C ⊂为等式成立的充要条件。
由上充分性是显然的,再注意到由原等式,我们有A CB AC B A C ⊂--=-⊂)()( ,故而必要性也成立。
4.证明:(i )因为1inf lim ,..,inf lim 100inflim =⇔∈≥∀∈∃⇔∈⇔=n nnA nn n nA A x n n t s N n A x χχ,所以等式成立。
(ii )因为1sup lim ..,,sup lim 1sup lim =⇔∈≥∃∈∀⇔∈⇔=nknnA nn k n nA A x t s k n N k A x χχ,所以等式成立。
5.证明:先证明}{n B 互不相交。
事实上,Φ=-⊂>∀⊂≥∀n m n m m n n B B A A B n m A B n 故而,,,,1。
再证明集合等式。
等式左边。
等式右边时,时显然成立,当==-=-=≥===-===-=nj j ni i j j ij j ni i j j i A A A A A n n 11111111)()(216.证明:(i )左边⊃右边是显然的,下证另一边也成立。
右边。
故于是左边,则∈-≤∃>-∈∀x a x f nt s n a x f x ,)(1..,,0)((ii )以E 为全集,左边=ca x f E x a x f E x a x f x E })(|{})(|{})(|{->-∈=-≤-∈=≥∞=∞=+-<-=+-≥-=11)(}1)(|{)}1)(|{(n cn i na x f x E na x f x E右边=->=∞= 1}1)(|{n na x f x E7.证明:将需证的等式记为M=F=P 。
《实变函数》习题库参考答案
《实变函数》习题库参考答案一、判断题 1、( √ )理由:由内点定义知,存在A P U ⊂),(0δ,从而对任意的)(0P U ,必含有A 中无穷多个点。
满足聚点定义 2、( √ )理由:[法一]:都具有连续基数,故对等 [法二]:可建立一个映射)2tan()(ππ-⋅--=a b a x x f ,则f(x)为),(b a 到R 的一一映射.3、( √ )理由:由B A ⊂知, A A B B )(-=,从而由有限可加性知,mA A B m mB +-=)(,又由 +∞<mB 知,+∞<-+∞<)(,A B m mA 。
从而移项可得结论。
4、( √ )理由:f(x)在区间[0,5)及[5,10]上均为连续函数,故分别在2个区间上是可测函数, 从而再其和集上也是可测函数。
5、( × )理由:例如有理数集Q ,无理数2是Q 的聚点,但不是其内点。
6、( √ )理由:[法一]:都是可数集,故有相同的基数,即对等。
[法二]:可建立一个映射⎪⎩⎪⎨⎧==+==...2,1,1,11,0,1)(n n x n x x f ,则f(x)为集合 ⎭⎬⎫⎩⎨⎧ ,1,,31,21,1,0n 到集合⎭⎬⎫⎩⎨⎧ ,1,,31,21,1n 的一一映射。
7、( √ )理由:由B A ⊂知A A B B )(-=,且φ=-A A B )(, 故mA mA A B m mB =+-=)(8、( √ )理由:狄利克莱函数⎩⎨⎧-∈∈=.]1,0[,0]1,0[,1)(Q x Qx x D 是[0,1]上的简单函数,故可测。
9、( √ )理由:由于E E ⊆Φ=',所以.}3,2,1{为闭集=E 10、( × )理由:如无界。
,但,则N mN N E +∞<==0 11、( √ )理由:由于可测。
在连续,从而在]2,1[2)(]2,1[2)(-=-=x f x f 12、( √ ) 理由:事实上:)()(***CE T m E T m T m T E +=∀⇔:可测]([)(**CE C T m CE T m +=可测。
实变函数参考答案
习题1解答(A 组题)一、选择题1、C ;2、A ;3、D ;4、C ;5、C ;6、A ;7、A ;8、B ;9、D ;10、C 二、判断题1、×;2、×;3、×;4、×;5、√;6、×;7、×;8、×;9、×; 10、× 三、填空题1、=;2、∅;3、()0,1;4、[]1,1-;5、,EF EF ;6、()2,3-;7、≥;8、c9、设有两个集合A 和B ,若≤A B ,≥A B ,则=A B 。
四、证明题1、(1)()()()()()\\====C C CC A A B A A B AAB A A AB A B ;(2)()()()()()()\\==C C CC A B CD A B CD A C B D()()()()\==CA C BD A C BD 。
2、111\lim \∞∞∞∞∞∞→∞======⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫=== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭C Cn n n n n N n N N n N N n N A B A B A B AB ()111lim(\)∞∞∞∞∞∞→∞======⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫==== ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭C C C n n n n n N n N N n N N n N A B A B A B A B 。
同理可证第2个集合等式。
3、当A =∅时,{}∅张成的环和σ-环均为它自身;张成的代数和σ-代数均为{},X ∅。
当A X =时,{}X张成的环、σ-环、代数和σ-代数均为{},X ∅。
当A 为X 的非空真子集时,{}A 张成的环和σ-环均为{},A ∅;张成的代数和σ-代数均为{},,,cA A X∅。
4、首先,令()()tan 12π⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦f x x ,由于()f x 是()0,1上的严格单调递减的连续函数,且()()()0,10,=+∞f,所以()f x 是()0,1到()0,+∞的一一映射。
实变函数习题与解答
实变函数复习范围1.设1[,2(1)],1,2,n n A n n=+-=,则( B )(A) lim [0,1]n n A →∞= (B )=∞→n n A lim (0,1] (C) lim (0,3]n n A →∞= (D )lim (0,3)n n A →∞=2、设}1111:{ix i x A i -≤≤+-=, N i ∈, 则i i A ∞=⋃1= ( A )A 、(-1, 1)B 、(-1, 0)C 、[0, 1]D 、[-1, 1]3、设}110:{ix x A i +≤≤=, N i ∈, 则i i A ∞=⋂1= ( B )A 、(0, 1)B 、[0, 1]C 、(0, 1]D 、(0, +∞)4、设}1211:{ix i x A i +<<-=, N i ∈, 则i i A ∞=⋃1= ( C )A 、[1, 2]B 、(1, 2)C 、 (0, 3)D 、(1, 2]5、设}23:{+≤≤=i x i x A i , N i ∈, 则i i A ∞=⋂1= ( C )A 、(-1, 1)B 、[0, 1]C 、φD 、{0}6、设}11:{ix i x A i <<-=, N i ∈, 则i i A ∞=⋂1= ( D )A 、(-1, 1)B 、[0, 1]C 、ΦD 、{0} 7、设]1212,0[12--=-n A n , ]211,0[2nA n +=, N n ∈,则=∞→n n A lim ( C )A 、[0, 2]B 、[0, 2)C 、[0, 1]D 、[0, 1) 8、设]1212,0[12--=-n A n , ]211,0[2nA n +=, N n ∈, 则=∞→n n A lim ( )A 、[0, 2]B 、[0, 2)C 、[0, 1]D 、[0, 1] 9、设),0(n A n =, N n ∈, 则=∞→n n A lim ( C )A 、ΦB 、[0, n]C 、RD 、(0, ∞) 10、设)1,0(nA n =, N n ∈, 则=∞→n n A lim (D )A 、(0, 1)B 、(0,n1) C 、{0} D 、Φ11、设)1,0(12nA n =-, ),0(2n A n =, N n ∈, 则=∞→n n A lim ( A )A 、ΦB 、(0,n1) C 、(0, n) D 、(0, ∞) 12、集合E 的全体内点所成的集合称为E 的 ( A ) A 、开核 B 、边界 C 、导集 D 、闭包 13、集合E 的全体聚点所成的集合称为E 的 ( C ) A 、开核 B 、边界 C 、导集 D 、闭包14、集合E 的全体边界点和内点所成的集合是E 的 ( D ) A 、开核 B 、边界 C 、导集 D 、闭包 15、E-E '所成的集合是 ( D )A 、开核B 、边界C 、外点D 、{E 的全体孤立点} 16、E 的全体边界点所成的集合称为E 的 ( B ) A 、开核 B 、边界 C 、导集 D 、闭包 17、设点P 是集合E 的边界点, 则 (D )A 、P 是E 的聚点B 、P 是E 的孤立点C 、P 是E 的内点D 、P 是CE 的边界点18、设E 是[]0,1上有理点全体,则下列各式不成立的是( D ) (A )'[0,1]E = (B) oE =∅ (C) E =[0,1] (D) 1mE =19、若}{n A 是一开集列,则n n A ∞=⋃1是:(A )A 、开集B 、闭集C 、既非开集又非闭集D 、无法判断 20、若}{n A 是一开集列,则n n A ∞=⋂1是:( D )A 、开集B 、闭集C 、既非开集又非闭集D 、无法判断 21、若}{n A 是一闭集列,则n n A ∞=⋃1是:( D )A 、开集B 、闭集C 、既非开集又非闭集D 、无法判断 22、若}{n A 是一闭集列,则n n A ∞=⋂1是:( B )A 、开集B 、闭集C 、既非开集又非闭集D 、无法判断 23、下列集合不是可数集的是( C )A. 1R 中的有理数集QB. 自然数集NC. []0,1中的无理数集D. 1R 中互不相交的开区间族24、P 表示康托尔(cantor )集,则mP =( A )A 、0B 、1C 、2D 、325、 集合列1{[0,],1,2,3,}n n=的上限集为 ( C )A [0, 1]B φC {0}D [0, 1) 26、下列集合不是可数集的是( C ) A. 1R 中的整数集Z B. 自然数集N C. []0,1中的Cantor 集 D. 1R 中互不相交的开区间族27、G 表示康托尔(cantor )集在[0,1]中的余集,则mG=( B )A 、0B 、1C 、2D 、328、设E 是[0,1]中的不可测集,⎩⎨⎧-∈-∈=Ex E x x f ]1,0[,1,1)( 则下列函数在[0,1]上可测的是( C ).A 、)(x fB 、)(x f +C 、|)(|x fD 、)(x f -29、若)(x f 可测,则它必是( D ).A 、连续函数B 、单调函数C 、简单函数D 、简单函数列的极限 30、若QE -=]1,0[,则=mE ( B ) A 、0 B 、1 C 、2 D 、3 31、下列说法不正确的是( A )A 、E 的测度有限,则E 必有界B 、E 的测度无限,则E 必无界C 、有界点集的测度有限D 、nR 的测度无限 32、设⎩⎨⎧-∈-∈=Ex x E x x x f ]1,0[,,)(其中E 是[0,1]的不可测集,则下列函数在[0, 1]可测的是( A ).A 、|)(|x fB 、)(x fC 、)(x f +D 、)(x f -33、设E 是[0, 1]上的不可测集,⎩⎨⎧-∈-∈=Ex xE x x x f ]1,0[)(22则下列函数在[0, 1]可测的是( C ).A 、)(x fB 、)(x f +C 、|)(|x fD 、)(x f -34、设E 为可测集,则下列结论中正确的是( D )A 、若)}({x f n 在E 上a , e 收敛于一个a , e 有限的可测函数)(x f ,则)(x f n 一致收敛于)(x fB 、若)}({x f n 在E 上a , e 收敛于一个a , e 有限的可测函数)(x f ,则)(x f n 基本上一致收敛于)(x fC 、若)}({x f n 在E 上a , e 收敛于一个a , e 有限的可测函数)(x f ,则)(x f n ⇒)(x fD 、若)}({x f n 在E 上基本上一致收敛于)(x f ,则)(x f n a , e 收敛于)(x f35、设⎩⎨⎧-∈∈-=E x x Ex x x f ]1,0[,,)(33,其中E 是[0, 1]上的不可测集,则( D )在[0, 1]可测.A 、)(x f 、B 、)(x f +C 、)(x f -D 、|)(|x f 36、关于连续函数与可测函数,下列论述中正确的是( C )A 、它们是同一概念B 、a , e 有限的可测函数是连续函数C 、a , e 有限的可测函数是基本上连续的函数D 、a , e 有限的可测函数是a , e 连续的函数37、设⎩⎨⎧-∈∈-=E x x Ex x x f ]1,0[,,)(22其中E 是[0, 1]上的不可测集,则( A )在[0, 1]上是可测的.A 、|)(|x fB 、)(x fC 、)(x f +D 、)(x f -38、关于简单函数与可测函数下述结论不正确的是( C )A 、简单函数一定是可测函数B 、简单函数列的极限是可测函数C 、简单函数与可测函数是同一概念D 、简单函数列的极限与可测函数是同一概念39、设E 是]2,0[π中的不可测集,⎪⎩⎪⎨⎧-∈-∈=E x x E x x x f ]2,0[,sin ,sin )(π则下列函数在]2,0[π上可测的是( B ).A 、)(x fB 、|)(|x fC 、)(x f +D 、)(x f -40、关于依测度收敛,下列说法中不正确的是( C ) A 、依测度收敛不一定一致收敛B 、依测度收敛不一定收敛C 、若)}({x f n 在E 上a.e.收敛于a.e.有限的可测函数)(x f ,则)()(x f x f n ⇒D 、若)()(x f x f n ⇒,则存在子列)}({x f i n a. e.收敛于)(x f41、设)(x f 是可测集E 上的非负可测函数,则)(x f ( C )A 、必可积B 、必几乎处处有限C 、必积分确定D 、不一定积分确定 42、设)(x f 在可测集E 上可积,则在E 上( B )A 、)(x f +与)(x f -只有一个可积 B 、)(x f +与)(x f -皆可积 C 、)(x f +与)(x f -不一定可积 D 、)(x f +与)(x f -至少有一个不可积 43、设0=mE (Φ≠E ),)(x f 是E 上的实函数,则下面叙述正确的是( C ) A 、)(x f 在E 上不一定可测 B 、)(x f 在E 上可测但不一定可积 C 、)(x f 在E 上可积且积分值为0 D 、)(x f 在E 上不可积 44、)(x f 在可测集E 上)(L 可积的必要条件是,)(x f 为(D )A 、连续函数B 、几乎处处连续函数C 、单调函数D 、几乎处处有限的可测函数 45、设)(x D 为狄立克雷函数,则⎰=1)()(dx x D L ( A )A 、 0B 、 1C 、1/2D 、不存在46、设)(x f 为Cantor 集的特征函数,则⎰=10)()(dx x f L ( A )A 、 0B 、 1/3C 、2/3D 、 147、 设f(x)是],[b a 上有界变差函数,则下面不成立的是( D )(A) )(x f 在],[b a 上有界 (B) )(x f 在],[b a 上几乎处处存在导数 (C ))('x f 在],[b a 上L 可积 (D)⎰-=b aa fb f dx x f )()()('48、设}{n E 是一列可测集, ⊃⊃⊃⊃n E E E 21,且+∞<1mE ,则有( A )(A )n n n n mE E m ∞→∞==⎪⎭⎫ ⎝⎛⋂lim 1 (B) n n n n mE E m ∞→∞=≤⎪⎭⎫⎝⎛⋃lim 1(C )n n n n mE E m ∞→∞=<⎪⎭⎫⎝⎛⋂lim 1;(D )以上都不对49、设f(x)是],[b a 上绝对连续函数,则下面不成立的是( B )(A) )(x f 在],[b a 上的一致连续函数 (B) )(x f 在],[b a 上处处可导 (C ))(x f 在],[b a 上L 可积 (D) )(x f 是有界变差函数二 填空题1、设A 为一集合,B 是A 的所有子集构成的集合;若A =n, 则B = 2n2、设A 为一集合,B 是A 的所有子集构成的集合;若A 是一可数集, 则B = c3、若c A =, c B =, 则=⋃B A c4、若c A =, B 是一可数集, 则=⋃B A c5、若c A =, n B =, 则=⋃B A c6、若}{n A 是一集合列, 且c A n =, =⋃∞=n n A 1 c7、设}{i S 是一列递增的可测集合,则=∞→)lim (n n S m __n n mS ∞→lim ______。
实变函数课后习题答案
第一章习题1.证明:(1) (A -B )-C =A -(B ∪C ); (2)(A ∪B )-C =(A -C )∪(B -C ). 证明:(1) 左=(A ∩B c )∩C c =A ∩(B c ∩C c )= A ∩(B ∪C )c =右; (2)左=(A ∪B )∩C c =(A ∩C c )∪(B ∩C c )=右. 2.证明: (1)();(2)().IIIIA B A B A B A B αααααααα∈∈∈∈-=--=-(1)ccI IA B A B αααα∈∈⎛⎫=== ⎪⎝⎭证明:左()右;(2)()c cI I A B A B αααα∈∈⎛⎫=== ⎪⎝⎭左右.111111.{},,1.{}1.n n n n n nnA B A B A A n B B A n νννννν-===⎛⎫==- ⎪⎝⎭>=≤≤∞ 3 设是一列集合,作证明:是一列互不相交的集合,而且,证明:用数学归纳法。
当n=2时,B 1=A 1,B 2=A 2-A 1, 显然121212B B B B B B n k =∅== 且,假设当时命题成立,1211,,,kkk B B B B A νννν===两两互不相交,而且,111111111kk k kkkk k n k B A A B A BA B νννννννν++=++====+=-==-⇒下证,当时命题成立,因为而,所以11211+1111111111111,,,;k k k k k k k k k kk k k k k B B B B B B B B B B A A A A A A A νννννννννννννννν++=++===+++====⎛⎫=∅ ⎪⎝⎭⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫⎛⎫=-==⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭,于是,两两互不相交;由数学归纳法命题得证。
{}21214.0,,(0,),1,2,,n n n A A n n A n-⎛⎫=== ⎪⎝⎭设求出集列的上限集和下限集。
实变函数习题解答(胡适耕版)
作映射:
⎧ ⎪ g ( x ) x ∈ A1 f ( x ) = ⎨ −1 , ⎪ ⎩ g ( x ) x ∈ A2
容易验证 f ( x )是双射,且 ∀x ∈ A, f ( x ) ≠ x且f
( f ( x) ) = x .
45.设| B | ≤ | A |=| A × A | , | A | ≥ ω ,则| A U B |=| A |. 证 因为 A = A × A ,所以 A 为无限集,任取 A 中不同的两点 a1 , a2 ,
n
2) ∀ x0 ∈ Ac , f n → χ A ( n → ∞ ),故 f n ( x0 ) → χ A ( x0 ) = 0 ( n → ∞ ). ∴ ∃N > 0, 当 n>N 时,有 f n ( x0 ) > 1 / 3 . ∴ x0 ∉ lim X ( f n ≥ 1/ 2)
n
∴ lim X ( f n ≥ 1/ 2) = A
令 B ={x1, x 2, … xi …},则 B ⊂ A 且 B 为无限集, 但 ∀ i , B I Ani={x1 , x2, … xi }为有限集,这与已知条件矛盾.
∴假设不成立,即 A 含于某个 An 中. 42.设 f :2x → 2x,当 A ⊂ B ⊂ X 时 f (A) ⊂ f (B ),则存在 A ⊂ X 使 f ( A )= A . 证
m1 , 这与 m2 ∈ Z 矛盾,所以假设不成立,即: lim An =Z. n n m 2) ∀ x ∈Q,则 ∃ m,n ∈Z, 使得 x= n m m⋅ n m ⋅ nk = 2 = …= k +1 =… n n n
n
∴x=
∴x ∈ An k ,(k=1,2…),从而 x ∈ lim An
实变函数 课后答案 (何穗 刘敏思)习题1参考答案
{
}
⎡π , 由于 f ( x ) 是 ( 0,1) 上的严格单调递减的连续函数, (1 − x ) ⎤ ⎥ ⎣2 ⎦
( ( 0,1) ) = ( 0, +∞ ) ,所以 f ( x) 是 ( 0,1) 到 ( 0, +∞ ) 的一一映射。
其次,取自然数集 N ⊂ ( 0, +∞ ) ,再作
1
g : ( 0, +∞ ) → [0, +∞ )
A = A∪Q = R = c 。
(2)设超越数的全体为 A ,代数数的全体为 B ,则 A ∪ B = R 。又代数数的全体为可 数集,所以 A = A ∪ B = R = c 。
2
(3)设 E 是 [ 0,1] 上的任一子集,作函数
⎧1, x ∈ E 。 χ E ( x) = ⎨ 0, x ∉ E ⎩
1 ,从 k
而 lim f n ( x) > a −
习题 1 解答
(A 组题)
一、选择题 1、C;2、A;3、D;4、C;5、C;6、A;7、A;8、B;9、D;10、C 二、判断题 1、×;2、×;3、×;4、×;5、√;6、×;7、×;8、×;9、×; 10、× 三、填空题 1、=;2、 ∅ ;3、 ( 0,1) ;4、 [ −1,1] ;5、 E ∪ F , E ∩ F ;6、 ( −2,3) ;7、 ≥ ;8、 c 9、设有两个集合 A 和 B ,若 A ≤ B , A ≥ B ,则 A = B 。 四、证明题 1、 (1) A \ ( A \ B ) = A ∩ A ∩ B C
(
)
C
= A ∩ ( AC ∪ B ) = ( A ∩ AC ) ∪ ( A ∩ B ) = A ∩ B ;
《实变函数》习题库参考答案
《实变函数》习题库参考答案一、判断题 1、( √ )理由:由内点定义知,存在A P U ⊂),(0δ,从而对任意的)(0P U ,必含有A 中无穷多个点。
满足聚点定义 2、( √ )理由:[法一]:都具有连续基数,故对等 [法二]:可建立一个映射)2tan()(ππ-⋅--=a b a x x f ,则f(x)为),(b a 到R 的一一映射.3、( √ )理由:由B A ⊂知, A A B B )(-=,从而由有限可加性知,mA A B m mB +-=)(,又由 +∞<mB 知,+∞<-+∞<)(,A B m mA 。
从而移项可得结论。
4、( √ )理由:f(x)在区间[0,5)及[5,10]上均为连续函数,故分别在2个区间上是可测函数, 从而再其和集上也是可测函数。
5、( × )理由:例如有理数集Q ,无理数2是Q 的聚点,但不是其内点。
6、( √ )理由:[法一]:都是可数集,故有相同的基数,即对等。
[法二]:可建立一个映射⎪⎩⎪⎨⎧==+==...2,1,1,11,0,1)(n n x n x x f ,则f(x)为集合 ⎭⎬⎫⎩⎨⎧ ,1,,31,21,1,0n 到集合⎭⎬⎫⎩⎨⎧ ,1,,31,21,1n 的一一映射。
7、( √ )理由:由B A ⊂知A A B B )(-=,且φ=-A A B )(, 故mA mA A B m mB =+-=)(8、( √ )理由:狄利克莱函数⎩⎨⎧-∈∈=.]1,0[,0]1,0[,1)(Q x Qx x D 是[0,1]上的简单函数,故可测。
9、( √ )理由:由于E E ⊆Φ=',所以.}3,2,1{为闭集=E 10、( × )理由:如无界。
,但,则N mN N E +∞<==0 11、( √ )理由:由于可测。
在连续,从而在]2,1[2)(]2,1[2)(-=-=x f x f 12、( √ ) 理由:事实上:)()(***CE T m E T m T m T E +=∀⇔:可测]([)(**CE C T m CE T m +=可测。
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第二章 习题解答
0P ∈E '的充要条件是对任意含有0P 的邻域U(P ,δ)(不一定以0P 0
P 的点1P 属于E (事实上,这样的1
P 还有无穷多个)。
而
0P ∈0
E 的充要条件则是有含0P 的邻域U(P ,δ)(同样,不一定以0P 为中心)存
在,使U(P ,δ)⊂E 。
证明:(1)充分性,用反证法,若0P ∈E ',则0P 的某一邻域U(0P ,0δ)中至多有有限个异于0P 的点1X ,2X ,…,n X 属于E ,令n
i ≤≤1min d(0P ,i x )=δ',
在U(0P ,δ')中不含异于0P 的点属于E ,这与条件矛盾。
必要性,设U(P ,δ)是任意一个含有0P 的邻域,则d(0P ,E )<δ,令1δ=δ- d(0P ,P )>0,则U(0P ,1δ)⊂U(P ,δ)。
因为0P ∈E ',所以,在U(0P ,1δ)中含于无穷多个属于E 的点,其中必有异于0P 的点1P ,即U(P ,δ)中有异于0P 的点1P 。
(20P 的邻域U(P ,δ)⊂E ,则d(0P ,P )<δ,令1δ=δ- d(0P ,P ),01)⊂U(P ,δ),从而U(0P ,
1δ)⊂E ,故0P ∈0
E 。
2、设n
R =R '是全体实数,1E 是[0,1]上的全部有理点,求1E ',0
1E ,1E 。
解:1E '=[0,1],0
1E =φ,1E =[0,1] 。
3、设n
R =2
R 是普通的x o y 平面,2E ={(x ,y )|2
x +2
y <1},求2
E ',0
2E ,2E 。
解:2
E '={(x ,y )|2x +2y ≤1}, 0
2E ={(x ,y )|2x +2y <1}, 2E ={(x ,y )|2x +2y ≤1}。
4、设n R =2R 是普通的x o y 平面,3E 是函数y =⎪⎩⎪⎨⎧=≠0
01
sin
x x x
当当的图形上
的点作成的集合,求3
E ',0
3E 。
3
'={(x ,y )|x ≠0,y =sin x
1} {(0,y )|-1≤y ≤1}
3E =φ
5、在2
R 中看第2题的1E ',0
1E ,1E 各是由哪些点构成的。
解:1E '={(x ,0)|0≤x ≤1}
1E =φ 1E =1E '
6、证明点集F 为闭集的充要条件是F =F 。
证明:充分性,若F =F ,则F F '=F ,故F '⊂F ,即F 为闭集。
必要性,若F 为闭集,则F '⊂F ,所以F ' F =F ,即F =F 。
7、证明开集减闭集后的差集仍是开集,闭集减开集后的差集仍是闭集。
证明:设G 是一开集,F 是一闭集,则CG 是闭集,CF 是开集,所以G -F =G CF 是开集,F -G =F CG 是闭集。
8、设f (x )
a
,E =
{x |f (x )>a }是开集,而1E ={x |f (x )
证明:若E ={x |f (x )>a }=φ,则E 是开集,若E ≠φ,∀0x ∈E ,有f (0x )>a ,因为f (x )在0x 连续,所以∃δ>0,当x ∈U(0x ,δ)时,有f (x )>a ,即U(0x ,δ)⊂E ,所以0x 是E 的内点,故E 是开集。
同理可证{x |f (x )<a }是开集,而1E ={x |f (x )≥a }是{x |f (x )<a }的余集,所以1E 是闭集。
9、证明每个闭集必是可数个开集的交集,每个开集可以表示成可数个闭集的和集。
证明:设F 为闭集,令n G ={x |d (x ,F )<n 1
},则n G 是开集。
事实上,
∀0x ∈n G ,有d(0x ,F )<n 1
,即F
y ∈inf d(0x ,y )<n
1,所以∃0y ∈F ,使d(0x ,
n 1,令ε=n 1
-δ,∀x ∈U(0x ,ε),有d(0x ,x )<ε,d(x ,0y )
≤d(0x ,x )+d(0x ,0y )<ε+δ=n 1
,于是d(x ,F )=F
y ∈inf d(x ,y )≤d(x ,
0y )<n 1
,所以x ∈n G ,U(0x ,ε)⊂n G ,故n G 是开集。
以下证明F =∞=1
n n G 。
显然F ⊂n G (n =1,2,…),所以F ⊂∞
=1
n n G 。
∀x ∈∞
=1
n n G ,有x ∈n G (n =1,2,…)、d(x ,F )<n 1
,令n →∞得,d(x ,F )
=0,所以x ∈F 或x ∈F '。
因为F 是闭集。
所以F '⊂F ,故x ∈F 。
于是
∞
=1
n n G ⊂F ,所以F =∞
=1
n n G 。
设G 为开集,则C G 为闭集,
C G =∞
=1
n n G ,而G =C(C G )
=C(∞
=1
n n G )=∞
=1
n C n G ,C n G 为闭集,即G 可表示为可数个闭集的和集。
10、证明用十进位小数表示[0,1]中的数时,用不着数字7的一切数成一完备集。
证明:在[0,1]中,第一位小数用到数字7的小数是(0.7,0.8),第二位小
数用到7的小数是(0.07,0.08),(0.17,0.18),…,(0.97,0.98),…。
第n
位小数用到数字7的小数是(0.1a 2a …1-n a 7,0.1a 2a …1-n a 8)(其中1a ,2a ,1
-n a 是0,1,2,…,9取完各种可能的n -1个数)记这些开区间的全体为∞
=1
n n A ,
7表示的小数的全体为E ,则E =C[(∞
=1n n A )∪(-∞,0)
∪(1,+∞)]而n A ,(-∞,0),(1,+∞)是可数个互不相交且无公共端点的
开区间,所以E 是完备集。
11、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},与1E ={x |f (x )≤C}都是闭集。
证明:若f (x )为[a ,b ]上的连续函数,用与第8题相同的方法可证明E 和
1E 都是闭集。
设E 、1E 为闭集,若f (x )在0x 点不连续,则∃n x ,使n x →0x ,而∞
→n lim f (n x )
≠f (0x ),因而,∃0ε>0,
nk x 使|f (nk x )
0ε(k =1,2,…)即f (nk x )
≥f (0x )+0ε或f (nk x )≤f (0x )-0ε,若f (nk x )≥f (0x )+0ε,令C =
f (nk x )+0ε,则nk x ∈E ={x |f (x )≥C},因为nk x →0x ,所以0x ∈E ',而
f (0x )<f (0x )+0ε=C ,所以0x ∈E ,与E 为闭集矛盾;若f (nk x )≤f (0x )
-0ε,则可导出与1E 为闭集矛盾。
12、证明§2定理5 。
定理5:设E ≠φ,E ≠n R ,则E 至少有一界点(即∂E ≠φ)。
因为E ≠φ,E ≠n R ,所以存在0P ∈E ,1P ∈E ,设0P =(1a ,2a ,…,
(1b ,2b ,…,n b ),令t P =(t 1b +(1-t )1a ,t 2b +(1-t )2a ,…,
t n b +(1-t )n a )(0≤t ≤1),0t =sup{t |t P ∈E }。
以下证明0t P ∈∂E 。
(1)若0t P ∈E ,则0t ≠1(否则0t P =1P ∈E )当t ∈[0,1],满足0t <t <1时,t P ∈E 。
于是,对任意n ,存在n t ,满足0t <n t <1,n t →0t ,使n t P ∈E ,显然有n t P →0t P ,所以0t P ∈∂E 。
(2)若0t P ∈E ,则0t ≠0,存在n t ,0<n t <0t ,n t →0t ,n t P ∈E ,同样有
0t P ∈∂E 。