测度

对集合某些子集指数值的函数

测度,数学术语。数学上,测度(Measure)是一个函数,它对一个给定集合的某些 子集 指定一个数,这个数可以比作大小、体积、概率等等。传统的积分是在区间上进行的,后来人们希望把积分推广到任意的集合上,就发展出测度的概念,它在 数学分析 和 概率论 有重要的地位。

测度论是实分析的一个分支,研究对象有σ 代数 、测度、 可测函数 和积分,其重要性在概率论和统计学中都有所体现。

定义

定义1: 构造一个集函数,它能赋予 实数 集簇М中的每一个集合E一个非负扩充实数mE。我们将此集函数称为E的测度。

定义2: 设Γ是集合X上一σ代数, 是一集合函数,且ρ满足 :

(1)(非负性)对任意的 ,有 ;

(2)(规范性) ;

(3)(完全 可加性 )对任意的一列两两不交集合 有

则称ρ是定义在X上的一个测度,Γ中的集合是可测集,不在Γ中的集合是不可测集。特别的,若 ,则称ρ为 概率测度 。

性质

下面的一些性质可从测度的定义导出:

单调性

测度 的单调性:若 和 为可测集,而且 ,则 。

可数个可测集的 并集 的测度

若 为可测集(不必是两两不交的),则集合 的并集是可测的,且有如下 不等式 (“次可列 可加性 ”):

如果还满足并且对于所有的 , ,则如下极限式成立:

可数个可测集的 交集 的测度

若 为可测集,并且对于所有的 , ,则 的交集是可测的。进一步说,如果至少一个 的测度有限,则有极限:

如若不假设至少一个 的测度有限,则上述性质一般不成立。例如对于每一个 ,令 这里,全部集合都具有无限测度,但它们的 交集 是 空集 。

完备性

一个可测集 称为 零测集 ,如果 。零测集的 子集 称为 可去集 ,它未必是可测的,但零测集自然是可去集。如果所有的可去集都可测,则称该测度为 完备测度 。

一个测度可以按如下的方式延拓为完备测度:考虑 的所有这样的子集 F,它与某个可测集 E仅差一个可去集,也就是说 E与 F的 对称差 包含于一个零测集中。由这些子集 F生成的σ 代数 ,并定义 的值就等于 。

例子

下列是一些测度的例子(顺序与重要性无关)。

计数 测度 定义为 的“元素个数”。

一维 勒贝格测度 是定义在 的一个含所有区间的σ代数上的、完备的、平移不变的、满足 的唯一测度。

Circular angle测度 是旋转不变的。

局部紧 拓扑群 上的 哈尔测度 是勒贝格测度的一种推广,而且也有类似的刻划。

恒零测度 定义为 ,对任意的 。

每一个概率空间都有一个测度,它对全空间取值为1(于是其值全部落到单位区间 中)。这就是所谓 概率测度 。见 概率论 公理。

其它例子,包括: 保罗·狄拉克 测度、 波莱尔 测度、若尔当测度、遍历测度、欧拉测度、高斯测度、贝尔测度、 拉东测度 。