قياس الثقب

في الرياضيات ، وتحديدًا في نظرية القياس ، يُعرَّف مقياس بوريل على فضاء طوبولوجي بأنه مقياس مُعرَّف على جميع المجموعات المفتوحة (وبالتالي على جميع مجموعات بوريل ). [ 1 ] ويشترط بعض المؤلفين قيودًا إضافية على المقياس، كما هو موضح أدناه.

التعريف الرسمي

يتركX{\displaystyle X}ليكن فضاء هاوسدورف مضغوطًا محليًا ، وليكنب(X){\displaystyle {\mathfrak {B}}(X)}ليكن أصغر جبر سيجما يحتوي على المجموعات المفتوحة لـX{\displaystyle X}يُعرف هذا باسم جبر سيجما لمجموعات بوريل . مقياس بوريل هو أي مقياسμ{\displaystyle \mu }مُعرَّفة على جبر سيجما لمجموعات بوريل. [ 2 ] ويشترط بعض المؤلفين بالإضافة إلى ذلك أنμ{\displaystyle \mu }تكون محدودة محليًا ، مما يعني أن لكل نقطة جوارًا مفتوحًا ذا قياس محدود. بالنسبة لفضاءات هاوسدورف، هذا يعني أنμ(ج)<{\displaystyle \mu (C)<\infty }لكل مجموعة صغيرةج{\displaystyle C}وبالنسبة للفضاءات الهاوسدورفية المدمجة محليًا، يكون الشرطان متكافئين. إذا كان مقياس بوريلμ{\displaystyle \mu }إذا كان المقياس منتظمًا داخليًا وخارجيًا ، فإنه يُسمى مقياس بوريل منتظمًا .μ{\displaystyle \mu }إذا كان المقياس منتظمًا داخليًا وخارجيًا ومحدودًا محليًا ، يُطلق عليه مقياس رادون . أو بدلاً من ذلك، إذا كان مقياس بوريل منتظمًاμ{\displaystyle \mu }إذا كان محكمًا ، فهو مقياس للرادون.

لوX{\displaystyle X}إذا كانت فضاءً متريًا كاملًا قابلًا للفصل ، فإن كل مقياس بوريلμ{\displaystyle \mu }علىX{\displaystyle X}هو مقياس للرادون. [ 3 ]

على الخط الحقيقي

الخط الحقيقيR{\displaystyle \mathbb {R} }يُعدّ فضاء هاوسدورف ذو الطوبولوجيا المعتادة فضاءً متراصاً محلياً؛ لذا يمكننا تعريف مقياس بوريل عليه. في هذه الحالة،ب(R){\displaystyle {\mathfrak {B}}(\mathbb {R} )}هي أصغر جبر سيجما يحتوي على الفترات المفتوحة لـR{\displaystyle \mathbb {R} }على الرغم من وجود العديد من مقاييس بوريل μ ، فإن اختيار مقياس بوريل الذي يُحددμ((أ،ب])=ب-أ{\displaystyle \mu ((a,b])=ba}لكل فاصل نصف مفتوح(أ،ب]{\displaystyle (a,b]}يُطلق عليه أحيانًا اسم "مقياس بوريل"R{\displaystyle \mathbb {R} }اتضح أن هذا المقياس هو تقييد لمقياس ليبيغ على جبر بوريل سيغماλ{\displaystyle \lambda }وهو مقياس كامل مُعرَّف على جبر سيجما ليبيغ. جبر سيجما ليبيغ هو في الواقع إكمال لجبر سيجما بوريل، مما يعني أنه أصغر جبر سيجما يحتوي على جميع مجموعات بوريل ويمكن تزويده بمقياس كامل . كما أن مقياس بوريل ومقياس ليبيغ يتطابقان على مجموعات بوريل (أي،λ(هـ)=μ(هـ){\displaystyle \lambda (E)=\mu (E)}لكل مجموعة قابلة للقياس من بوريل، حيثμ{\displaystyle \mu }(وهو مقياس بوريل الموصوف أعلاه). تمتد هذه الفكرة إلى الفضاءات ذات الأبعاد المحدودةRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}( نظرية كرامر-وولد ، أدناه) لكنها لا تنطبق، بشكل عام، على الفضاءات اللانهائية الأبعاد. ولا توجد مقاييس ليبيغ اللانهائية الأبعاد .

مساحات المنتجات

إذا كانت X و Y فضاءات طوبولوجية هاوسدورف قابلة للعد من الدرجة الثانية ، فإن مجموعة المجموعات الجزئية بوريلب(X×Y){\displaystyle B(X\times Y)}يتطابق ناتج ضربهما مع ناتج ضرب المجموعاتب(X)×ب(Y){\displaystyle B(X)\times B(Y)}من المجموعات الجزئية البوريلية لـ X و Y. [ 4 ] أي، دالة بوريل

بoر:تيoص2جحأusمهـأs{\displaystyle \mathbf {Bor} \colon \mathbf {Top} _{\mathrm {2CHaus} }\to \mathbf {Meas} }

إن الانتقال من فئة فضاءات هاوسدورف القابلة للعد الثاني إلى فئة الفضاءات القابلة للقياس يحافظ على المنتجات المنتهية .

التطبيقات

تكامل ليبيغ-ستيلتيس

تكامل ليبيغ -ستيلتيس هو تكامل ليبيغ العادي بالنسبة إلى مقياس يُعرف باسم مقياس ليبيغ-ستيلتيس، والذي يمكن ربطه بأي دالة ذات تباين محدود على خط الأعداد الحقيقية. مقياس ليبيغ-ستيلتيس هو مقياس بوريل منتظم ، والعكس صحيح، فكل مقياس بوريل منتظم على خط الأعداد الحقيقية هو من هذا النوع. [ 5 ]

تحويل لابلاس

يمكن تعريف تحويل لابلاس لمقياس بوريل محدود μ على الخط الحقيقي بواسطة تكامل ليبيغ [ 6 ].

(لμ)(s)=[0،)هـ-sتدμ(ت).{\displaystyle ({\mathcal {L}}\mu )(s)=\int _{[0,\infty )}e^{-st}\,d\mu (t).}

تُعدّ الحالة الخاصة المهمة هي عندما يكون μ مقياسًا احتماليًا ، أو بشكل أكثر تحديدًا، دالة ديراك دلتا. في حساب التفاضل والتكامل العملي ، غالبًا ما يُعامل تحويل لابلاس لمقياس ما كما لو كان هذا المقياس مشتقًا من دالة توزيع f . في هذه الحالة، ولتجنب أي لبس محتمل، يُكتب عادةً

(لو)(s)=0-هـ-sتو(ت)دت{\displaystyle ({\mathcal {L}}f)(s)=\int _{0^{-}}^{\infty }e^{-st}f(t)\,dt}

حيث يمثل الحد الأدنى 0 اختصارًا لـ

ليمε0-ε.{\displaystyle \lim _{\varepsilon \downarrow 0}\int _{-\varepsilon }^{\infty }.}

يؤكد هذا الحد أن أي كتلة نقطية تقع عند الصفر يمكن استيعابها بالكامل بواسطة تحويل لابلاس. مع أن استخدام تكامل ليبيغ لا يستلزم بالضرورة أخذ هذا الحد، إلا أنه يظهر بشكل طبيعي أكثر عند ربطه بتحويل لابلاس-ستيلتيس .

مشكلة اللحظة

يمكن تعريف عزوم مقياس بوريل المحدود μ على خط الأعداد الحقيقية بواسطة التكامل

من=أبxندμ(x).{\displaystyle m_{n}=\int _{a}^{b}x^{n}\,d\mu (x).}

ل(أ،ب)=(-،)،(0،)،(0،1){\displaystyle (a,b)=(-\infty ,\infty ),\;(0,\infty ),\;(0,1)}تُقابل هذه المسائل مسألة هامبورغر ، ومسألة ستيلتجس، ومسألة هاوسدورف ، على التوالي. والسؤال أو المسألة المطلوب حلها هو: إذا أُعطيت مجموعة من هذه العزوم، فهل يوجد مقياس مُقابل؟ بالنسبة لمسألة هاوسدورف، يكون المقياس المُقابل فريدًا. أما بالنسبة للمتغيرات الأخرى، فعمومًا، يوجد عدد لا نهائي من المقاييس المختلفة التي تُعطي نفس العزوم.

بُعد هاوسدورف ونظرية فروستمان

بفرض وجود مقياس بوريل μ على فضاء متري X بحيث يكون μ ( X ) > 0 و μ ( B ( x , r )) ≤ r s ، حيث s ثابت موجب ، ولكل كرة B ( x , r ) في X ، فإن بُعد هاوسدورف dim Haus ( X ) ≥ s . ويُقدّم عكس جزئي لهذا المقياس بواسطة مبرهنة فروستمان : [ 7 ]

اللمة: لتكن A مجموعة بوريل جزئية من R n ، وليكن s  >  0. عندئذٍ تكون العبارات التالية متكافئة:

  • H s ( A )  >  0، حيث H s تشير إلى مقياس هاوسدورف ذي الأبعاد s .
  • يوجد مقياس بوريل (غير مُوَقَّع) μ يحقق μ ( A )  >  0، بحيث
μ(ب(x،ر))رs{\displaystyle \mu (B(x,r))\leq r^{s}}
ينطبق هذا على جميع x R n و r > 0.    

نظرية كرامر-وولد

تنص نظرية كرامر -وولد في نظرية القياس على أن مقياس احتمال بوريل علىRك{\displaystyle \mathbb {R} ^{k}}يتحدد هذا المتغير بشكل فريد من خلال مجموع إسقاطاته أحادية البعد. [ 8 ] ويُستخدم كطريقة لإثبات نتائج التقارب المشترك. سُميت هذه النظرية نسبةً إلى هارالد كرامر وهيرمان أولي أندرياس وولد .

انظر أيضاً

مراجع

  1. دي إتش فريملين، 2000. نظرية القياس. مؤرشف بتاريخ 2010-11-01 في أرشيف الإنترنت . توريس فريملين.
  2. آلان ج. وير (1974). التكامل العام والقياس . مطبعة جامعة كامبريدج . الصفحات 158-184 . ISBN  0-521-29715-X.
  3. بوغاتشيف، فلاديمير إي. (2007)، "المقاييس على الفضاءات الطوبولوجية"، نظرية القياس ، برلين، هايدلبرغ: سبرينغر برلين هايدلبرغ، ص 70، doi : 10.1007/978-3-540-34514-5_7 ، ISBN  978-3-540-34513-8
  4. فلاديمير إي. بوغاتشيف . نظرية القياس، المجلد 1. سبرينغر ساينس آند بيزنس ميديا، 15 يناير 2007
  5. ^ هالموس ، بول ر. (1974)، نظرية القياس ، برلين، نيويورك: Springer-Verlag ، ISBN 978-0-387-90088-9
  6. فيلر 1971 ، §XIII.1
  7. روجرز، سي. أ. (1998). مقاييس هاوسدورف . مكتبة كامبريدج الرياضية ( الطبعة الثالثة). كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج. الصفحات: xxx+195. ISBN   0-521-62491-6.
  8. ك. سترومبرغ، 1994. نظرية الاحتمالات للمحللين . تشابمان وهول.

للمزيد من القراءة