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ダニエル積分せきぶん

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数学すうがく微分びぶん積分せきぶんがく周辺しゅうへん領域りょういきにおけるダニエル積分せきぶん(ダニエルせきぶん、えい: Daniell integral)は、はつ学者がくしゃまなリーマン積分せきぶんのようなより初等しょとうてき積分せきぶん概念がいねん一般いっぱんした積分せきぶんほう一種いっしゅである。旧来きゅうらいルベーグ積分せきぶん定式ていしきかんしておも障害しょうがいとなっていたのは、積分せきぶんたいする十分じゅうぶん結果けっかるまでに、まずは満足まんぞく測度そくどろん展開てんかいする必要ひつようがあったことである。しかし、Percy J. Daniell (1918) ではこの欠点けってんなやまされることのないべつ手法しゅほうがとられ、旧来きゅうらい定式ていしき具体ぐたいてきには、積分せきぶんこう次元じげんやさらにスティルチェス積分せきぶんへの一般いっぱんなど)にたいするいくつか特徴とくちょうてき優位ゆういせいせた。基本きほんてきかんがかたには、積分せきぶん公理こうりふくまれる。

ダニエルの公理系こうりけい[編集へんしゅう]

ある集合しゅうごう X うえ定義ていぎされる有界ゆうかいじつ函数かんすうぞく H以下いかふたつの公理こうりたすものをとる(そして Hぞくする函数かんすう基本きほん函数かんすう (elementary function)ぶ)。

  1. H通常つうじょうの(てんごとの)加法かほうとスカラーばいかんして線型せんけい空間くうかんす。
  2. 函数かんすう hHぞくするならばそのかくてん絶対ぜったいをとってられる函数かんすう |h|Hぞくす。

さらに、Hかく函数かんすう hたいして h基本きほん積分せきぶん (elementary integral)ばれる実数じっすう Ih対応たいおうさせる。ここで基本きほん積分せきぶんつぎみっつの公理こうり満足まんぞくするものをいう。

  1. 線型せんけいせい: h, k がともに Hもとで、αあるふぁ, βべーた実数じっすうならば
    成立せいりつする。
  2. 非負ひふせい: Hもと hh(x) > 0つねたすならば、Ih ≥ 0成立せいりつする。
  3. 連続れんぞくせい: Hもとれつ (hn)増大ぞうだいで、Xかくてん x において 0収束しゅうそくするならば、Ihn → 0成立せいりつする。

すなわち、基本きほん函数かんすう全体ぜんたいのなす空間くうかん H うえ非負ひふ連続れんぞく線型せんけいひろし函数かんすう Iさだめるのである。

基本きほん函数かんすうおよび基本きほん積分せきぶんには、任意にんい函数かんすう空間くうかんとそのうえ非負ひふ連続れんぞく線型せんけいひろし函数かんすうをとることができる。たとえば、階段かいだん函数かんすう全体ぜんたい函数かんすうぞく上記じょうき基本きほん函数かんすう公理系こうりけいあきらかに満足まんぞくする。さらに階段かいだん函数かんすう全体ぜんたいぞく基本きほん積分せきぶんを、階段かいだん函数かんすうしたにある領域りょういきの(符号ふごうづけ面積めんせきとして定義ていぎすれば、これが基本きほん積分せきぶん公理系こうりけいたすこともあきらかである。後述こうじゅつするように、ダニエル積分せきぶん構成こうせいほう階段かいだん函数かんすう基本きほん函数かんすうにとって適用てきようすることでられる積分せきぶん定義ていぎは、ルベーグ積分せきぶん同値どうちになる。また、連続れんぞく函数かんすう全体ぜんたいぞく基本きほん函数かんすうとして古典こてんてきリーマン積分せきぶん基本きほん積分せきぶんとすることもできるが、そうしてられる積分せきぶんはルベーグ積分せきぶん同値どうちになる。おなじことを、有界ゆうかい変動へんどう函数かんすうたいしてリーマン=スティルチェス積分せきぶんもちいておこなうと、やはりルベーグ=スティルチェス積分せきぶん同値どうち積分せきぶんさだまる。

れい集合しゅうごう基本きほん函数かんすう言葉ことば定義ていぎすることができる。すなわち、X部分ぶぶん集合しゅうごう Zれい集合しゅうごうまたは測度そくど 0であるとは、任意にんいεいぷしろん > 0たいして H非負ひふ基本きほんはこ数列すうれつ (hp) をうまくえらべば、Ihp < εいぷしろん かつ Z うえsupp hp(x) ≥ 1 とすることができるときにう。

また、集合しゅうごうぜん測度そくどであるとは、その Xかんする集合しゅうごうれい集合しゅうごうであることをいう。集合しゅうごうが、そのぜん測度そくど部分ぶぶん集合しゅうごうかくてんまった性質せいしつたすとき、つまりある性質せいしつ適当てきとうれい集合しゅうごうのぞいて成立せいりつするとき、その性質せいしつはその集合しゅうごうほとんいたところ成立せいりつするとう。

ダニエル積分せきぶん定義ていぎ[編集へんしゅう]

基本きほん函数かんすうとしてえらんだ函数かんすうぞく H をもとに、よりおおきな函数かんすうのクラス L+さだめる。これは積分せきぶん Ihn 全体ぜんたい集合しゅうごう有界ゆうかいとなるような、ほとんいたところ増大ぞうだい基本きほん函数かんすうれつ (hn)極限きょくげんとしてられる函数かんすう全体ぜんたいぞくである。L+ぞくする函数かんすう f積分せきぶん If を、

さだめるとき、この積分せきぶん矛盾むじゅん定義ていぎされていることがしめせる。すなわち、これは f収束しゅうそくする基本きほんはこ数列すうれつ (hn)かたらない。

しかし、函数かんすうのクラス L+一般いっぱんに、てんごとの減法げんぽうまけかずによるスカラー乗法じょうほうかんしてじていないので、これをさらにひろ函数かんすうのクラス L拡張かくちょうする。これは、L+適当てきとう函数かんすう f, gたいして適当てきとうぜん測度そくど集合しゅうごうじょう φふぁい = fg としてあらわされるような函数かんすう φふぁい 全体ぜんたいぞくである。L における函数かんすう φふぁい積分せきぶん Iφふぁい

さだめると、やはりこれも矛盾むじゅん定義ていぎされる。すなわち Iφふぁいφふぁいf, g への分解ぶんかい仕方しかたらない。これでダニエル積分せきぶんれなく構成こうせいされた。

性質せいしつ[編集へんしゅう]

古典こてんてきなルベーグ積分せきぶんろんにおける重要じゅうよう定理ていりたとえばルベーグのゆう収束しゅうそく定理ていりリース=フィッシャーの定理ていりファトゥーの補題ほだいフビニの定理ていりなど)はこの構成こうせいもちいてもやはり証明しょうめいすることが可能かのうである。ダニエル積分せきぶんとして定式ていしきされたルベーグ積分せきぶん旧来きゅうらいのルベーグ積分せきぶんおな性質せいしつゆうする。

ダニエル積分せきぶん測度そくど[編集へんしゅう]

集合しゅうごう写像しゃぞうあいだ自然しぜん対応たいおうにより、ダニエル積分せきぶんから測度そくどろん構成こうせいすることが可能かのうである。すなわち、ある集合しゅうごうX 指示しじ函数かんすう χかいX をとったとき、その積分せきぶん IχかいX をその集合しゅうごう X測度そくど m(X)さだめるのである。このダニエル積分せきぶんもとにして定義ていぎされる測度そくどが、古典こてんてきルベーグ測度そくど同値どうちであることが証明しょうめいできる。

旧来きゅうらい定式ていしきたいする優位ゆういせい[編集へんしゅう]

この方法ほうほう構成こうせいされる一般いっぱん積分せきぶんは、とく函数かんすう解析かいせきがく分野ぶんやにおいて旧来きゅうらいのルベーグしき積分せきぶんたいするいくつか優位ゆういてんつ。すでべたように、基本きほん函数かんすうとして有限ゆうげんをとる通常つうじょう階段かいだん函数かんすうをとってられるダニエル積分せきぶん構成こうせいは、ルベーグ積分せきぶん構成こうせい同値どうちである。しかしながら、積分せきぶんをより複雑ふくざつ函数かんすうたいしてまで拡張かくちょうするとき(たとえば、線型せんけいひろし函数かんすう積分せきぶん定義ていぎしようとしたとき)、ルベーグの構成こうせいもちいるさいしょうじる困難こんなんを、ダニエル積分せきぶん方法ほうほう緩和かんわすることができる。

ポーランドの数学すうがくしゃミクシンスキーは、さらにべつのより自然しぜんなダニエル積分せきぶん定式ていしきを、絶対ぜったい収束しゅうそく級数きゅうすう概念がいねんもちいてった。ミクシンスキーの定式ていしきボホナー積分せきぶんバナッハ空間くうかんをとる函数かんすうたいするルベーグしき積分せきぶん)にたいしても通用つうようする。ミクシンスキーの補題ほだいもちいれば、れい集合しゅうごう言及げんきゅうすることなく積分せきぶん定義ていぎできる。ミクシンスキーはまた、ボホナー積分せきぶんたいする多重たじゅう積分せきぶん変数へんすう変換へんかん定理ていりとボホナー積分せきぶんたいするフビニの定理ていりとをダニエル積分せきぶんほうもちいて証明しょうめいした。(Asplund & Bungart 1966) では、じつ数値すうち函数かんすうたいしてこの方法ほうほうによる明快めいかいあつかいがなされており、またダニエル=ミクシンスキーの方法ほうほうもちいた抽象ちゅうしょうてきラドン=ニコディムの定理ていり証明しょうめい提示ていじされている。

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

ちゅう[編集へんしゅう]

注釈ちゅうしゃく[編集へんしゅう]

出典しゅってん[編集へんしゅう]

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

  • Daniell, P. J. (1918), “A General Form of Integral”, Annals of Mathematics, Second Series (Annals of Mathematics) 19 (4): 279–294, ISSN 0003-486X, JSTOR 1967495, https://jstor.org/stable/1967495 
  • Asplund, O. Edgar; Bungart, Lutz (1966), A first course in Integration, Holt Rinehart and Winston, LCCN 66-10122 

関連かんれん文献ぶんけん[編集へんしゅう]

  • Daniell, Percy John (1919), “Integrals in an infinite number of dimensions”, Annals of Mathematics 20: 281–88 
  • Daniell, Percy John (1919), “Functions of limited variation in an infinite number of dimensions”, Annals of Mathematics 21: 30–38 
  • Daniell, Percy John (1920), “Further properties of the general integral”, Annals of Mathematics 21: 203–20 
  • Daniell, Percy John (1921), “Integral products and probability”, American Journal of Mathematics 43: 143–62 
  • Royden, H. L. (1988), Real Analysis (3rd ed.), Prentice Hall, ISBN 978-0-02-946620-9 
  • Shilov, G. E.; Gurevich, B. L. (1978), Integral, Measure, and Derivative: A Unified Approach, Richard A. Silverman (trans.), Dover Publications, ISBN 0-486-63519-8 
  • Taylor, A. E. (1965), General Theory of Functions and Integration (I ed.), Blaisdell Publishing Company, LCCN 65-14566 

外部がいぶリンク[編集へんしゅう]