Chapter 6: Problem 5
Ist \((R, d)\) ein separabler metrischer Raum, so hat die Topologie von \(R\) eine abz?hlbare Basis, also gilt \(\mathfrak{B}(R \times R)=\mathfrak{B}(R) \otimes \mathfrak{B}(R)\) (Satz III.5.10). Sind ferner \(f, g: X \rightarrow R\) meBbar so ist \((f, g):(X, \mathscr{A}) \rightarrow(R \times R, \mathfrak{B}(R) \otimes \mathfrak{B}(R))\) meßbar, und die stetige Funktion \(d: R \times R \rightarrow \mathbb{R}\) ist mebbar bez. \(\mathfrak{B}(R \times R)\). Daher ist \(d \circ(f, g): X \rightarrow \mathbb{R}\) meBbar, und wir k?nnen definieren: Eine Folge mebbarer Funktionen \(f_{n}: X \rightarrow R\) konvergiert nach \(M a \beta\) gegen die mebbare Funktion \(f: X \rightarrow R\), falls fur alle \(\varepsilon>0\) gilt: $$ \mu\left(\left\\{d\left(f_{n}, f\right) \geq \varepsilon\right\\}\right) \rightarrow 0 \quad(n \rightarrow \infty) $$ Entsprechend ist der Begriff der Konvergenz lokal \(n \cdot M_{-}\)sinnvoll. a) Konvergieren die meBbaren Funktionen \(f_{n} ; X \rightarrow R\) f.ü. gegen die meßbare Funktion \(f: X \rightarrow R\), so gilt \(f_{n} \rightarrow f\) lokal n.M. b) Konvergieren die mebbaren Funktionen \(f_{n}: X \rightarrow R\) n.M. gegen die mefbare Funktion \(f:\) \(X \rightarrow R\), so gibt es eine fast gleichmalfig gegen \(f\) konvergente Teilfolge \(\left(f_{n_{k}}\right)_{k \geq 1} ;\) insbesondere existiert eine f.ü. gegen \(f\) konvergente Teilfolge. c) Sind \(f_{n+} f: X \rightarrow R\) meßbar, so gilt: \(f_{n} \rightarrow f\) n.M. genau dann, wenn jede Teilfolge von \(\left(f_{n}\right)_{n \geq 1}\) eine fast gleichmäßig gegen \(f\) konvergente Teilfolge hat. d) Sind \(\mu \sigma\)-endlich und \(f_{n}, f: X \rightarrow R\) meBbar, so gilt: \(f_{n} \rightarrow f\) lokal n.M. genau dann, wenn jede Teilfolge von \(\left(f_{n}\right)_{n \geq 1}\) eine f.u. gegen \(f\) konvergente Teilfolge hat. Wie läßt sich Aufgabe 4.3 verallgemeinern? e) Sind \(\mu_{1} \nu \sigma\)-endliche Maße auf \(\mathfrak{A}\) mit den gleichen Nullmengen und \(f_{n}, f: X \rightarrow R\) meBbar, so konvergiert \(f_{n} \rightarrow f\) lokal n.M. bez. \(\mu\) genau dann, wenn \(f_{n} \rightarrow f\) lokal n.M. bez. \(\nu\). f) Es sei \(\mu(X)<\infty\). Sind \(f, g: X \rightarrow R\) meBbar, so sei $$ \delta(f, g):=\inf \\{\varepsilon \geq 0 ; \mu(\\{d(f, g)>\varepsilon\\}) \leq \varepsilon\\} $$ Dann wird das Infimum angenommen, d.h. \(\alpha:=\delta(f, g)\) ist die kleinste reelle Zahl mit \(\mu(\\{d(f, g)>\alpha\\}) \leq \alpha . \delta\) ist eine Halbmetrik auf der Menge \(\mathcal{M}(X, R)\) der mefbaren Funktionen \(f: X \rightarrow R\). (Diese Halbmetrik wurde eingeführt von KY FAN (1914-): Entfernung zweier zufulligen Gröpen und die Konvergenz nach Wahrscheinlichkeit, Math. Z. \(49,681-683(1944) .)\) Eine Folge \(\left(f_{n}\right)_{n \geq 1}\) in \(\mathcal{M}(X, R)\) konvergiert genau dann nach MaB gegen \(f \in \mathcal{M}(X, R)\), wenn \(\delta\left(f_{n}, f\right) \rightarrow 0\). Ist \(R\) vollst?ndig, so ist \((M(X, R), \delta)\) ein vollständiger halbmetrischer Raum.
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