向量值积分

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向量值积分 向量值积分

       

 

向量值积分 正文

       
  普通(数值的)积分在向量值上的推广。在分析数学的各分支中,因不同的要求,需要种种或是向量值函数的积分或是关于向量值测度的积分。向量值函数的积分有黎曼-斯蒂尔杰斯型积分和勒贝格型积分。
  黎曼-斯蒂尔杰斯型积分  常用的一种向量值积分。如果ƒt)是定义在[αb]上,但取“值”于拓扑线性空间L的函数,则称ƒ(t)是[α,b]上向量值函数。设ƒ(t)和g(t)分别是[α,b]上向量值和数值函数。任取【α,b】上分点组D向量值积分,作和式向量值积分 向量值积分向量值积分其中向量值积分向量值积分向量值积分如果极限向量值积分存在,则称ƒ关于g在【α,b】上R-S可积,又称向量值积分ƒ关于g的黎曼-斯蒂尔杰斯积分,简称R-S积分,记为向量值积分。类似地,也可以引入向量值积分。向量值R-S积分有许多类似于数值函数的R-S积分的性质。特别,有分部积分公式:如果向量值积分中有一个存在,则另一个必存在,且向量值积分向量值积分
  下面几种向量值积分都属于勒贝格型的。
  博赫纳积分  设(x,φ,μ)是全σ有限测度空间(见测度论),φ(x)是定义在x上,取值于巴拿赫空间B的向量值函数。如果存在 (x,φ)的有限个互不相交的可测集A1, A2, …,An,使φAi(i=1,2,…,n)上的值恒为向量ei,而向量值积分上的值恒为0,则称φ是(向量值)简单函数。如果存在 x上的一列简单函数 {φn(x)},使得‖φn(x)-ƒ(x)‖关于μ几乎处处收敛于0,则称ƒ(x)是x上(取值于B)的强可测函数。强可测函数 ƒ(x)的范数‖ƒ(x)‖必是x上的(数值)可测函数。如果φ是简单函数并且μ(Ai)<∞,那么称向量值积分φ的博赫纳积分,记为向量值积分。设ƒ(x)是x上向量值函数,如果存在一个可积的简单函数列{φn},使得向量值积分,就称ƒx上博赫纳可积的,并称向量值积分ƒx上的博赫纳积分,记为向量值积分,可以证明:对于博赫纳可积函数ƒ,它的积分值(是向量)不依赖于{φn}的选取;ƒx上是博赫纳可积的,当且仅当ƒ是强可测的而且‖ƒ(x)‖是 x上的数值可积函数。博赫纳积分具有一般测度论中积分的性质。
  伯克霍夫积分  设(x,φ,μ)是全σ有限测度空间,{Ai}是x的一列互不相交的可测集,向量值积分并且向量值积分,称{Ai}是x的可列剖分。设ƒ(x)是x上取值于巴拿赫空间B的向量值函数,墹={Ai}是x的可列剖分,如果ƒ在每个Ai上有界,并且

向量值积分

是无条件收敛的,则称集向量值积分的凸闭包是ƒ(x)关于墹的积分值域,记为J(ƒ,墹)。如果对任何ε>0,存在可列剖分墹(ε),使集J(ƒ,墹(ε))的直径小于ε,则称ƒx上伯克霍夫可积,并称由一切可列剖分墹所得的J(ƒ,墹)的交集(只有一个向量)为ƒx上的伯克霍夫积分,记为向量值积分。这种积分除富比尼定理外,具有通常勒贝格积分所具有的线性、可列可加性、绝对连续性等性质。博赫纳可积必然伯克霍夫可积(逆命题并不成立),并且两个积分相等。
  更一般地,还可定义取值于具有某种拓扑结构半群上的积分,当取不同拓扑时,它可包含伯克霍夫积分和下面的积分。
  盖尔范德意义下的弱*积分  设(x,φ,μ)是全σ有限测度空间,ƒ(x)是定义在x上取值于巴拿赫空间B的向量值函数。如果对每个gB*(B*B的共轭空间),g(ƒ(x))是可测函数,则称ƒ(x)在x上是弱可测的。在空间B是可分情况下,弱可测和强可测一致。如果对每个向量值积分x上是可积的,则必存在ƒ**B,使得向量值积分,称ƒ **ƒ(x)在 X上的盖尔范德意义下的弱*积分,记为向量值积分
  佩蒂斯积分  或称弱积分。另一种常用的向量值积分。设(x,φ,μ)是全 σ有限测度空间,ƒ(x)是x上取值于巴拿赫空间B的弱可测函数,如果存在b)∈B 使得对一切gB*成立向量值积分,则称ƒx上是佩蒂斯可积的,b)是ƒ的佩蒂斯积分,记b)为向量值积分。博赫纳可积必然佩蒂斯可积,并且积分相等。除去富比尼定理外,勒贝格积分的其他性质对于佩蒂斯积分也成立。
  向量值测度和积分  设(x,φ)是可测空间,如果E是定义在φ上取值于巴拿赫空间 B的满足下列条件的向量值集函数:①E(═)=0(═是空集);②可列可加性,对φ中任何一列互不相交的集{Ai},

向量值积分

则称E 是φ上向量值测度。例如,如果(x,φ,μ)是全σ有限测度空间,ƒx上取值于巴拿赫空间B的博赫纳可积函数,对任何A∈φ,定义向量值积分,则E便是φ上取值于B的向量值测度。特别,当B是某个巴拿赫空间(或希尔伯特空间)上的有界线性算子全体按算子范数所成的巴拿赫空间时,就称E为φ上的算子值测度(见谱论谱算子)。此外,和数值测度一样,也可引入一个向量值测度关于另一个数值测度绝对连续的概念。但一般说来没有拉东-尼科迪姆定理。但如果空间B或是自反,或是希尔伯特空间,或B的共轭空间B*是可分的,这时就有拉东-尼科迪姆定理。(见测度论

 

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