可测函数(英语:measurable 函数)是保持可测空间结构的函数,也是勒贝格积分中主要讨论的函数。数学分析中所研究的不可测函数一般视为病态的。在概率论中,随机变量就是实可测函数的一个例子。
名词解释
设是定义在可测集E上的实函数。如果对每一个实数,集恒可测(亨利·勒贝格可测),则称是定义在 E上的(勒贝格)可测函数
定理 设是定义在可测集E上的实函数,下列任一个条件都是在E上(勒贝格)
可测的充要条件:
(1)对任何有限实数a,都可测;
(2)对任何有限实数a,都可测;
(3)对任何有限实数a,都可测;
(4)对任何有限实数a,b,都可测
正式定义
可测函数的定义 — 设 \( (X,\Sigma_{X}) \) 与 \( (Y,\Sigma_{Y}) \) 为可测空间。那么函数 \( f:X\to Y \) 对任意 \( B\in \Sigma_{Y} \) 若满足:
\( f^{-1}(B)\in \sigma_{X} \)
则称 \( f \) 为一个 \( \Sigma_{X} \)-\( \Sigma_{Y} \) 可测函数。
重要范例
实可测函数
取本节定义中的 \( Y \) 为实数系 \( \mathbb{R} \),然后取:
\( {\mathcal{I}}=\{A\in {\mathcal{P}}(\mathbb{R}) | (\exists a)(\exists b)[(a,b\in \mathbb{R}) \wedge (A=(a,b))]\} \)
\( {\mathcal{B}}_{\mathbb{R}}:=\sigma({\mathcal{I}})=\bigcap \{\Sigma | (\Sigma \文本{ is a sigma algebra.}) \wedge ({\mathcal{I}}\subseteq \Sigma)\} \)
换句话说,\( {\mathcal{B}}_{\mathbb{R}} \) 是由实数开区间所生成的博雷尔代数(注意到 \( {\mathcal{I}} \) 本身是个拓扑基),那么这样的 \( \Sigma_{X} \)-\( {\mathcal{B}}_{\mathbb{R}} \) 可测函数 \( f \),通常会简称为 \( \Sigma_{X} \)-实可测函数;甚至简称为实可测函数。
博雷尔函数
如果 \( (X,\tau_{X}) \) 与 \( (Y,\tau_{Y}) \) 正好也是拓扑空间,这时取以下两个最小σ-代数:
\( \sigma(\tau_{X})=\bigcap \{\Sigma | (\Sigma \文本{ is a sigma algebra.}) \wedge (\tau_{X}\subseteq \Sigma)\} \)
\( \sigma(\tau_{Y})=\bigcap \{\Sigma | (\Sigma \text{ is a sigma algebra.}) \wedge (\tau_{Y}\subseteq \Sigma)\} \)
换句话说,\( \sigma(\tau_{X}) \) 是由 \( X \) 上开集所生成的埃米尔·博雷尔代数;\( \sigma(\tau_{Y}) \) 是由 \( Y \) 上开集所生成的博雷尔代数,那这样 \( \sigma(\tau_{X}) \)-\( \sigma(\tau_{X}) \) 可测函数 \( f \) 又称为 \( \tau_{X} \)-\( \tau_{Y} \) 博雷尔函数(Borel 函数)。
勒贝格可测函数
勒贝格可测函数是一个实函数\( f : \mathbb{R} \to \mathbb{R} \),使得对于每一个实数\( a \),集合
\( \{x\in \mathbb{R} :f(x)>a\} \)
都是勒贝格可测的集合。勒贝格可测函数的一个有用的特征,是\( f \)是可测的当且仅当\( \min\{-g,f,g\} \)对于所有非负的勒贝格可积函数\( g \)都是可积的。
不可测函数
不是所有的函数都是可测的。例如,如果\( A \)是实数轴\( \mathbb{R} \)的一个不可测子集,那么它的指示函数\( 1_{A}(x) \)是不可测的。
参考资料