Chapter 2: Problem 6
Es sei \(\mu\) ein Inhalt auf dem Ring \(\Re\) über \(X\). Zeigen Sie: a) Durch \(A \sim B: \Longleftrightarrow \mu(A \triangle B)=0 \quad(A, B \in \Re)\) wird eine Äquivalenzrelation auf \(\Re\) definiert. b) Die Äquivalenzklasse \(\mathfrak{N}:=\\{A \in \mathfrak{R}: A \sim \emptyset\\}\) der leeren Menge enthält genau die \(\mu\) Nullmengen, und \(\mathfrak{N}\) ist ein Ideal in \(\mathfrak{R}\) (d.h. \(\mathfrak{N}\) ist ein Unterring von \(\mathfrak{R}\), und für alle \(A \in\) \(\mathfrak{R}, B \in \mathfrak{N}\) gilt \(A \cap B \in \mathfrak{N})\). c) Für alle \(A, B \in \Re\) mit \(A \sim B\) gilt \(\mu(A)=\mu(B)=\mu(A \cap B)=\mu(A \cup B)\). \({ }^{3}\) Diese Arbeit von Herrn Young ist die erste unter denjenigen, die zum endgultigen Verständnis dessen, was das Stieltjessche Integral ist, geführt haben. Man ist [aber erst] Dank der Definition von Herrn Radon ... und der Arbeiten von Herrn de la Vallée Poussin über die Ausdehnung des Maßbegriffes ... wirklich zum Kern dieses Begriffes vorgedrungen. \(\mu\) gleichmäßig stetig bez. \(\delta\). Die Mengenoperationen \(\cap, \cup, \backslash, \triangle\) sind bez. \(\delta\) gleichmäßig stetige Abbildungen von \(\Re \times \Re\) in \(\Re\). e) \(\mu\) sei endlich, \(\hat{\Re}\) bezeichne die Menge der Äquivalenzklassen \(\hat{A}:=\\{B \in \Re: B \sim A\\} \quad(A \in\) \(\mathfrak{R})\), und für \(A, B \in \mathfrak{R}\) sei \(d(\hat{A}, \hat{B}):=\delta(A, B)\). Zeigen Sie: \((\hat{\Re}, d)\) ist ein metrischer Raum. f) Es sei \(\mu\) ein endliches Prämaß auf dem \(\sigma\)-Ring \(\mathfrak{S} .\) Dann ist der metrische Raum \((\hat{\mathrm{S}}, d)\) vollständig. (Hinweise: Es seien \(A_{n} \in \mathfrak{S}\) und \(\left(\hat{A}_{n}\right)_{n \geq 1}\) eine Cauchy-Folge in \((\hat{\mathfrak{S}}, d)\). Wählen Sie eine Teilfolge \(B_{k}=A_{n_{k}} \quad(k \geq 1)\), so daß \(d\left(\hat{B}_{k}, \hat{B}_{k+1}\right) \leq 2^{-k} \quad(k \geq 1)\). Folgern Sie aus \(B_{p} \triangle\) \(\bigcup_{k=p}^{q} B_{k} \subset \bigcup_{k=p}^{q-1} B_{k} \Delta B_{k+1}(q>p \geq 1)\), daß für alle \(q \geq p\) gilt \(\mu\left(B_{p} \Delta \bigcup_{k=p}^{q} B_{k}\right)<2^{-(p-1)}\) und folgern Sie aus der Stetigkeit des Prämaßes von unten, daß für \(C_{p}:=\bigcup_{k=p}^{\infty} B_{k} \in \mathcal{G}\) gilt \(d\left(\hat{B}_{p}, \hat{C}_{p}\right) \leq 2^{-(p-1)} .\) Für \(B:=\varlimsup_{k \rightarrow \infty} B_{k}\) gilt \(C_{p} \downarrow B\). Schließen Sie nun aus der Stetigkeit des Prämaßes von oben und aus \(d\left(\hat{B}_{p}, \hat{B}\right) \leq d\left(\hat{B}_{p}, \hat{C}_{p}\right)+d\left(\hat{C}_{p}, \hat{B}\right)\), daß \(\left(\hat{B}_{k}\right)_{k \geq 1}\) gegen \(\hat{B}\) konvergiert. Warum folgt hieraus die Konvergenz der Folge \(\left(\hat{A}_{n}\right)_{n \geq 1}\) gegen \(\hat{B}\) ?) d) Es seien zusätzlich \(\mu\) endlich und \(\delta: \Re \times \Re \rightarrow \mathbb{R}, \delta(A, B):=\mu(A \triangle B)\) für \(A, B \in \Re\). Zeigen Sie: \(\delta\) ist eine Halbmetrik auf \(\Re\) (d.h. es gilt für alle \(A, B, C \in \Re: \delta(A, A)=0, \delta(A, B)=\) \(\delta(B, A), \delta(A, C) \leq \delta(A, B)+\delta(B, C)) .\) Es ist \(|\mu(A)-\mu(B)| \leq \delta(A, B) \quad(A, B \in \Re)\) und daher
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