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向量值积分

[拼音]:xiangliangzhi jifen

[外文]:vector value integration

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ƒ(t)是定义在[α,b]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:,作和式 其中令如果极限存在,则称ƒ关于g在[α,b]上R-S可积,又称是ƒ关于g的黎曼-斯蒂尔杰斯积分,简称R-S积分,记为。类似地,也可以引入。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:如果中有一个存在,则另一个必存在,且。

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&sig ;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φ在Ai(i=1,2,…,n)上的值恒为向量ei,而上的值恒为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)<∞,那么称是φ的博赫纳积分,记为。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,就称ƒ是x上博赫纳可积的,并称是ƒ在x上的博赫纳积分,记为,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;ƒ在x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&sig ;有限测度空间,{Ai}是x的一列互不相交的可测集,并且,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

是无条件收敛的,则称集的凸闭包是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ƒ在x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ƒ 在x上的伯克霍夫积分,记为。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&sig ;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g∈B*(B*是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。如果对每个在x上是可积的,则必存在ƒ**∈B,使得,称ƒ **是ƒ(x)在 X上的盖尔范德意义下的弱*积分,记为。

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 &sig ;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g∈B*成立,则称ƒ在x上是佩蒂斯可积的,b)是ƒ的佩蒂斯积分,记b)为。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:

(1)E(═)=0(═是空集);

(2)可列可加性,对φ中任何一列互不相交的集{Ai},

则称E 是φ上向量值测度。例如,如果(x,φ,μ)是全&sig ;有限测度空间,ƒ是x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,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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