Chapter 3: Problem 9
Das Bildmaß eines \(\sigma\)-endlichen Maßes braucht nicht \(\sigma\)-endlich zu sein.
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Chapter 3: Problem 9
Das Bildmaß eines \(\sigma\)-endlichen Maßes braucht nicht \(\sigma\)-endlich zu sein.
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Es gibt ein translationsinvariantes Maß \(\mu: \mathfrak{B}^{1} \rightarrow \overline{\mathbb{R}}\), welches nicht bewegungsinvariant ist (d.h. welches nicht invariant ist bez. der Spiegelung \(\sigma: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}, \sigma(x)=-x \quad(x \in \mathbb{R}))\). (Bemerkung: Nach Korollar 2.4, \(2.8\) ist jedes translationsinvariante Maß \(\nu\) auf \(\mathfrak{B}^{1}\) mit \(\nu([0,1])<\infty\) bewegungsinvariant. - Hinweise: Konstruieren Sie eine Borel-Menge \(C \subset[0,1]\), so daß für jede Folge \(\left(a_{n}\right)_{n \in \mathrm{N}}\) reeller Zahlen gilt \(\sigma(C) \not \subset \bigcup_{n \in \mathrm{N}}\left(C+a_{n}\right)\), und definieren Sie \(\mu(A):=0\), falls \(\mathrm{zu}\) \(A \in \mathfrak{B}^{1}\) eine Folge \(\left(a_{n}\right)_{n \in \mathrm{N}}\) reeller Zahlen existiert mit \(A \subset \bigcup_{n \in \mathrm{N}}\left(C+a_{n}\right)\), und \(\mu(A):=\infty\) anderenfalls. Die Menge \(C\) aller \(x \in[0,1]\), die eine Entwicklung zur Basis 4 haben, in der die Ziffer 2 nicht vorkommt, leistet das Verlangte.)
Es seien \(\mathfrak{T}\) die gewöhnliche Topologie von \(\mathbb{R}\) und \(\mathfrak{T}_{r}\) die „rechtsseitige Topologie", die von den Intervallen \([a, b[(a, b \in \mathbb{R}, a
Ist \(f: X \rightarrow \mathbb{R}\) eine Funktion und \(A \subset X\), so heißt $$ \sigma(f, A):=\sup \\{|f(x)-f(y)|: x, y \in A\\} \quad \text { für } A \neq \emptyset, \sigma(f, \emptyset):=0 $$ die Schwankung von \(f\) auf \(A\). Zeigen Sie: \(f:(X, \mathfrak{A}) \rightarrow(\mathbb{R}, \mathfrak{B})\) ist meßbar genau dann, wenn \(\mathrm{zu}\) jedem \(\varepsilon>0\) eine Zerlegung von \(X\) in abzählbar viele disjunkte meßbare Mengen \(A_{n} \quad(n \in \mathrm{N})\) existiert, so daß \(\sigma\left(f, A_{n}\right)<\varepsilon(n \in \mathrm{N})\).
Ist \(a_{1}, \ldots, a_{p} \in \mathbb{R}^{p}\) eine Basis des \(\mathbb{R}^{p}\), so heißen \(\Gamma:=\mathbb{Z} a_{1} \oplus \ldots \oplus \mathbb{Z} a_{p}\) ein Gitter im \(\mathbb{R}^{p}, a_{1}, \ldots, a_{p}\) eine \(\mathbb{Z}\)-Basis von \(\Gamma\) und $$ P:=\left\\{\lambda_{1} a_{1}+\ldots \lambda_{p} a_{p}: 0 \leq \lambda_{j}<1, j=1, \ldots, p\right\\} $$ ein Fundamentalparallelotop von \(\Gamma . P\) ist ein Vertretersystem der Nebenklassen aus \(\mathbb{R}^{p} / \Gamma\). a) \(\lambda^{p}(P)\) hat unabhängig von der Wahl der \(\mathbb{Z}\)-Basis von \(\Gamma\) stets denselben Wert, und dieser ist gleich \(\left|\operatorname{det}\left(a_{1}, \ldots, a_{p}\right)\right|\) b) Für \(R \rightarrow \infty\) gilt $$ |\\{x \in \Gamma:\|x\| \leq R\\}|=\frac{\lambda^{p}\left(K_{1}(0)\right)}{\lambda^{p}(P)} R^{p}+O\left(R^{p-1}\right). $$ (Zur Erinnerung: Sind \(f, g:\left[a, \infty\left[\rightarrow \mathbb{C}\right.\right.\) zwei Funktionen, so bedeutet \({ }_{\text {" }} f(t)=O(g(t))\) für \(t \rightarrow \infty\) " definitionsgemäß, daß \(|f(t)| \leq C|g(t)|\) für alle \(t \geq t_{0}\) mit geeignetem \(C>0, t_{0} \geq a .\).) c) Es seien \(M \in \mathfrak{L}^{p}\) und \(\lambda^{p}(M \cap(M+g))=0\) für alle \(g \in \Gamma, g \neq 0 .\) Dann ist \(\lambda^{p}(M) \leq \lambda^{p}(P)\). d) Ist \(K \subset \mathbb{R}^{p}\) eine kompakte Menge mit \(\lambda^{p}(K) \geq \lambda^{p}(P)\), so gibt es \(x, y \in K, x \neq y\) mit \(x-y \in \Gamma\) (H.F. BLICHFELD (1914)) e) Aussage d) wird schon für \(p=1\) falsch, wenn „kompakt" durch ,abgeschlossen" ersetzt wird. f) Es sei \(C \subset \mathbb{R}^{p}\) eine kompakte, konvexe und bez. 0 symmetrische (d.h \(x \in C \Longrightarrow-x \in C\) ) Menge mit \(\lambda^{p}(C) \geq 2^{p} \lambda^{p}(P) .\) Dann gibt es ein \(x \in C \cap \Gamma\) mit \(x \neq 0\) (Gitterpunktsatz von \(\mathrm{H}\). MINKOWSKI (1896)). (Hinweis: d).)
Jede rechtsseitig stetige Funktion \(f: \mathbb{R} \rightarrow \mathbb{R}\) hat höchstens abzählbar viele Unstetigkeitsstellen. (Bemerkung: Diese Aussage liefert eine weitere Lösung für Aufgabe 4.6.) - Schärfer gilt: Ist \(U \subset \mathbb{R}\) offen, \(Y\) ein metrischer Raum und \(f: U \rightarrow Y\) in jedem Punkt von \(U\) rechtsseitig oder linksseitig stetig, so hat \(f\) höchstens abzählbar viele Unstetigkeitsstellen.
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