叶戈罗夫定理

1911年提出的测度论定理

在测度论中,叶戈罗夫定理确立了一个可测函数的逐点收敛序列一致连续的条件。这个 定理 以 俄罗斯 物理学家和几何学家 德米特里·叶戈罗夫 命名,他在1911年出版了该定理。叶戈罗夫定理与紧支撑 连续函数 在一起,可以用来证明可积函数的卢津定理。

定理的陈述

设 为一个可分度量空间(例如 实数 ,度量为通常的距离 )。给定某个 测度 空间( )上的 值可测函数的序列 ,以及一个有限 测度的可测 子集 ,使得 在 上 几乎处处收敛于极限函数 ,那么以下结果成立:对于每一个 ,都存在 的一个可测子集 ,使得 ,且 在相对 补集 \ 上一致收敛于 。

在这里, 表示 的 测度。该 定理 说明,在 上几乎处处逐点收敛,意味着除了在任意小测度的某个子集 上外一致收敛。这种收敛又称为几乎一致收敛。

假设的讨论

注意 的假设是必要的。在勒贝格测度下,考虑定义在实直线上的实值指示函数的序列:

这个序列处处逐点收敛于零函数,但对于任何有限 测度 的集合 ,它在 \ 上不一致收敛。度量空间的可分性是需要的,以保证对于 值可测函数 和 ,距离 也是 的可测实值函数。

证明

对于 实数 和 ,定义集合 为以下 并集 :

当 增加时这些集合逐渐变小,意味着 总是 的 子集 ,因为第一个并集包含了较少的集合。一个点 ,使得序列 收敛于 ,不能位于每一个 中(对于固定的 k ),因为 最终必须离 比离 更近。因此根据在 上 几乎处处逐点收敛的假设,有:

对于每一个 。由于 的 测度 是有限的,我们便可从上面推出连续性;因此对于每一个 ,都存在某个 自然数 n ,使得:

对于这个集合中的 ,我们认为逼近 的 邻域的速度太慢。定义

为 中所有点 的集合,使得逼近 的至少一个 邻域的速度太慢。因此,在集合差 \ 上,我们便得出一致收敛。

根据 的 可加性,并利用几何级数,我们便得到: