قياس هار

في التحليل الرياضي ، يخصص مقياس هار "حجمًا ثابتًا" لمجموعات فرعية من المجموعات الطوبولوجية المدمجة محليًا ، وبالتالي يحدد تكاملًا للدوال على تلك المجموعات.

قدّم ألفريد هار هذا المقياس عام 1933، على الرغم من أن حالته الخاصة بمجموعات لي قد قدّمها أدولف هورويتز عام 1897 تحت اسم "التكامل الثابت". [ 1 ] [ 2 ] تُستخدم مقاييس هار في العديد من فروع التحليل ، ونظرية الأعداد ، ونظرية المجموعات ، ونظرية التمثيل ، والإحصاء ، ونظرية الاحتمالات ، والنظرية الإرجودية .

التصفيات

يترك(جي،){\displaystyle (G,\cdot )}ليكن زمرة هاوسدورف طوبولوجية متراصة محلياً . σ{\displaystyle \sigma }الجبر - الذي تولده جميع المجموعات الفرعية المفتوحة منجي{\displaystyle G}يُطلق عليه اسم جبر بوريل . ويُطلق على عنصر من عناصر جبر بوريل اسم مجموعة بوريل .ز{\displaystyle g}هو عنصر منجي{\displaystyle G}وS{\displaystyle S}هي مجموعة فرعية منجي{\displaystyle G}ثم نحدد الإزاحات اليسرى واليمنى لـS{\displaystyle S}بواسطةز{\displaystyle g}على النحو التالي:

  • ترجمة اليسار:زS={زs:sS}.{\displaystyle gS=\{g\cdot s\,:\,s\in S\}.}
  • الترجمة الصحيحة:Sز={sز:sS}.{\displaystyle Sg=\{s\cdot g\,:\,s\in S\}.}

يقوم اليسار واليمين بتحويل مجموعات بوريل إلى مجموعات بوريل أخرى.

مقياسμ{\displaystyle \mu }على مجموعات بوريل الفرعية منجي{\displaystyle G}يُطلق عليها اسم ثابتة الإزاحة اليسرى إذا كان لكل مجموعات بوريل الجزئيةSجي{\displaystyle S\subseteq G}وكل شيءزجي{\displaystyle g\in G}يمتلك المرء

μ(زS)=μ(S).{\displaystyle \mu (gS)=\mu (S).}

مقياسμ{\displaystyle \mu }على مجموعات بوريل الفرعية منجي{\displaystyle G}يُطلق عليها اسم ثابتة تحت الإزاحة اليمنى إذا كان لكل مجموعات بوريل الجزئيةSجي{\displaystyle S\subseteq G}وكل شيءزجي{\displaystyle g\in G}يمتلك المرء

μ(Sز)=μ(S).{\displaystyle \mu (Sg)=\mu (S).}

نظرية هار

يوجد، حتى ثابت ضربي موجب، مقياس فريد قابل للعد والجمع وغير تافهμ{\displaystyle \mu }على مجموعات بوريل الفرعية منجي{\displaystyle G}تحقيق الخصائص التالية:

  • الإجراءμ{\displaystyle \mu }ثابت بالنسبة للترجمة من اليسار:μ(زS)=μ(S){\displaystyle \mu (gS)=\mu (S)}لكلزجي{\displaystyle g\in G}وجميع مجموعات بوريلSجي{\displaystyle S\subseteq G}.
  • الإجراءμ{\displaystyle \mu }تكون محدودة على كل مجموعة مضغوطة:μ(ك)<{\displaystyle \mu (K)<\infty }لجميع الأحجام المدمجةكجي{\displaystyle K\subseteq G}.
  • الإجراءμ{\displaystyle \mu }يكون الجزء الخارجي منتظمًا في مجموعات بوريلSجي{\displaystyle S\subseteq G}:μ(S)=معلومات{μ(يو):Sيو،يو يفتح}.{\displaystyle \mu (S)=\inf\{\mu (U):S\subseteq U,U{\text{ open}}\}.}
  • الإجراءμ{\displaystyle \mu }منتظم داخليًا على المجموعات المفتوحةيوجي{\displaystyle U\subseteq G}:μ(يو)=رشفة{μ(ك):كيو،ك صغير الحجم}.{\displaystyle \mu (U)=\sup\{\mu (K):K\subseteq U,K{\text{ compact}}\}.}

مثل هذا الإجراء بشأنجي{\displaystyle G}يُطلق عليه مقياس هار الأيسر. ويمكن إثبات ذلك كنتيجة للخصائص المذكورة أعلاه.μ{\displaystyle \mu }يكون غير تافه إذا وفقط إذاμ(يو)>0{\displaystyle \mu (U)>0}لكل مجموعة جزئية مفتوحة غير فارغةيوجي{\displaystyle U\subseteq G}وخاصة إذاجي{\displaystyle G}مضغوطة إذنμ(جي){\displaystyle \mu (G)}هي محدودة وموجبة، لذلك يمكننا تحديد مقياس هار الأيسر بشكل فريد علىجي{\displaystyle G}بإضافة شرط التطبيعμ(جي)=1{\displaystyle \mu (G)=1}.

وبالمثل تمامًا، يمكن أيضًا إثبات وجود وتفرد مقياس هار الأيمن علىجي{\displaystyle G}لا يشترط أن يتطابق الإجراءان.

يُعرّف بعض المؤلفين مقياس هار على مجموعات باير بدلاً من مجموعات بوريل. وهذا يجعل شروط الانتظام غير ضرورية لأن مقاييس باير منتظمة تلقائيًا. يستخدم هالموس [ 3 ] مصطلح "مجموعة بوريل" غير القياسي لعناصر المجموعة.σ{\displaystyle \sigma }الحلقة المتولدة بواسطة المجموعات المدمجة، وتعرف مقاييس هار على هذه المجموعات.

يحقق مقياس هار الأيسر شرط الانتظام الداخلي لجميعσ{\displaystyle \sigma }مجموعات بوريل منتهية ، ولكنها قد لا تكون منتظمة داخليًا لجميع مجموعات بوريل. على سبيل المثال، حاصل ضرب دائرة الوحدة (مع طوبولوجيتها المعتادة) وخط الأعداد الحقيقية مع طوبولوجيتها المنفصلة هو زمرة متراصة محليًا مع طوبولوجيا الضرب ، ومقياس هار على هذه الزمرة ليس منتظمًا داخليًا للمجموعة الفرعية المغلقة.{1}×[0،1]{\displaystyle \{1\}\times [0,1]}(المجموعات الجزئية المدمجة من هذا الجزء الرأسي هي مجموعات منتهية، والنقاط لها قياس0{\displaystyle 0}إذن، فإن قياس أي مجموعة جزئية مضغوطة من هذه القطعة الرأسية هو0{\displaystyle 0}لكن، باستخدام الانتظام الخارجي، يمكن للمرء أن يثبت أن القطعة لها قياس لانهائي.

أثبت أندريه ويل لأول مرة وجود وتفرد مقياس هار الأيسر (حتى التوسيع) بشكل عام تمامًا . [ 4 ] استخدم برهان ويل بديهية الاختيار ، بينما قدم هنري كارتان برهانًا تجنب استخدامه. [ 5 ] كما يثبت برهان كارتان الوجود والتفرد في آن واحد. وقدّم ألفسن في عام 1963 شرحًا مبسطًا وكاملًا لحجة كارتان. [ 6 ] وكان هار قد بيّن الحالة الخاصة للمقياس الثابت للمجموعات المدمجة محليًا القابلة للعد من الدرجة الثانية في عام 1933. [ 1 ]

أمثلة

  • لوجي{\displaystyle G}إذا كانت زمرة منفصلة ، ​​فإن المجموعات الجزئية المدمجة تتطابق مع المجموعات الجزئية المنتهية، ويكون مقياس هار (ثابت من اليسار واليمين) علىجي{\displaystyle G}هو مقياس العد .
  • مقياس هار على المجموعة الطوبولوجية(R،+){\displaystyle (\mathbb {R} ,+)}يأخذ ذلك القيمة1{\displaystyle 1}في الفترة[0،1]{\displaystyle [0,1]}يساوي تقييد مقياس ليبيغ على المجموعات الفرعية لبوريل منR{\displaystyle \mathbb {R} }ويمكن تعميم ذلك على(Rن،+).{\displaystyle (\mathbb {R} ^{n},+).}
  • من أجل تعريف مقياس هارμ{\displaystyle \mu }في المجموعة الدائريةتي{\displaystyle \mathbb {T} }، ضع في اعتبارك الدالةو{\displaystyle f}من[0،2π]{\displaystyle [0,2\pi ]}علىتي{\displaystyle \mathbb {T} }محدد بواسطةو(ت)=(كوس(ت)،الخطيئة(ت)){\displaystyle f(t)=(\cos(t),\sin(t))}. ثمμ{\displaystyle \mu }يمكن تعريفها بواسطة μ(S)=12πم(و-1(S))،{\displaystyle \mu (S)={\frac {1}{2\pi }}m(f^{-1}(S)),} أينم{\displaystyle m}مقياس ليبيغ على[0،2π]{\displaystyle [0,2\pi ]}العامل(2π)-1{\displaystyle (2\pi )^{-1}}يتم اختيارها بحيثμ(تي)=1{\displaystyle \mu (\mathbb {T} )=1}.
  • لوجي{\displaystyle G}إذا كانت مجموعة الأعداد الحقيقية الموجبة تحت عملية الضرب هي مقياس هارμ{\displaystyle \mu }يُعطى بواسطة μ(S)=S1تدت{\displaystyle \mu (S)=\int _{S}{\frac {1}{t}}\,dt} لأي مجموعة فرعية من بوريلS{\displaystyle S}من الأعداد الحقيقية الموجبة. على سبيل المثال، إذاS{\displaystyle S}يُعتبر فاصلاً زمنياً[أ،ب]{\displaystyle [a,b]}ثم نجدμ(S)=سجل(ب/أ){\displaystyle \mu (S)=\log(b/a)}الآن، نجعل المجموعة الضربية تؤثر على هذه الفترة بضرب جميع عناصرها في عدد ما.ز{\displaystyle g}، مما أدى إلىزS{\displaystyle gS}وهي الفترة الزمنية[زأ،زب].{\displaystyle [g\cdot a,g\cdot b].}بقياس هذه الفترة الجديدة، نجدμ(زS)=سجل((زب)/(زأ))=سجل(ب/أ)=μ(S).{\displaystyle \mu (gS)=\log((g\cdot b)/(g\cdot a))=\log(b/a)=\mu (S).}
  • لوجي{\displaystyle G}إذا كانت مجموعة الأعداد الحقيقية غير الصفرية التي يكون الضرب هو العملية فيها، فإنها تكون مقياس هارμ{\displaystyle \mu }يُعطى بواسطة μ(S)=S1|ت|دت{\displaystyle \mu (S)=\int _{S}{\frac {1}{|t|}}\,dt} لأي مجموعة فرعية من بوريلS{\displaystyle S}من الأعداد الحقيقية غير الصفرية.
  • بالنسبة للمجموعة الخطية العامةجي=جيل(ن،R){\displaystyle G=GL(n,\mathbb {R} )}أي مقياس هار يساري هو مقياس هار يميني، وأحد هذه المقاييسμ{\displaystyle \mu }يُعطى بواسطة μ(S)=S1|المحقق(X)|ندX{\displaystyle \mu (S)=\int _{S}{1 \over |\det(X)|^{n}}\,dX} أيندX{\displaystyle dX}يشير إلى مقياس ليبيغ علىRن2{\displaystyle \mathbb {R} ^{n^{2}}}تم تحديدها مع مجموعة الكلن×ن{\displaystyle n\times n}المصفوفات. هذا يتبع من صيغة تغيير المتغيرات .
  • بتعميم الأمثلة الثلاثة السابقة، إذا كانت المجموعةجي{\displaystyle G}يتم تمثيلها على أنها فضاء فرعي مفتوح منRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}مع عمليات المجموعة السلسة ، ثم مقياس هار الأيسر علىجي{\displaystyle G}يُعطى بواسطة1|ج(x)(هـ1)|دنx{\displaystyle {\frac {1}{|J_{(x\cdot )}(e_{1})|}}d^{n}x}، أينهـ1{\displaystyle e_{1}}هو عنصر هوية المجموعةجي{\displaystyle G}،ج(x)(هـ1){\displaystyle J_{(x\cdot )}(e_{1})}هو المحدد اليعقوبي لعملية الضرب من اليسار بواسطةx{\displaystyle x}فيهـ1{\displaystyle e_{1}}، ودنx{\displaystyle d^{n}x}مقياس ليبيغ علىRن{\displaystyle \mathbb {R} ^{n}}وينتج هذا عن صيغة تغيير المتغيرات . ويُعطى مقياس هار الأيمن بنفس الطريقة، باستثناء...ج(x)(هـ1){\displaystyle J_{(\cdot x)}(e_{1})}كونها جاكوبيان الضرب من اليمين بواسطةx{\displaystyle x}.
  • بالنسبة للمجموعة المتعامدةجي=يا(ن){\displaystyle G=O(n)}ويمكن بناء مقياس هار الخاص به على النحو التالي (كتوزيع لمتغير عشوائي). العينة الأولىأشمال(0،1)ن×ن{\displaystyle A\sim N(0,1)^{n\times n}}أي، مصفوفة جميع عناصرها عينات مستقلة ومتطابقة التوزيع من التوزيع الطبيعي بمتوسط ​​صفر وتباين واحد. بعد ذلك، استخدم عملية غرام-شميدت على المصفوفة؛ يأخذ المتغير العشوائي الناتج قيمًا فييا(ن){\displaystyle O(n)}ويتم توزيعها وفقًا لمقياس هار الاحتمالي على تلك المجموعة. [ 7 ] نظرًا لأن المجموعة المتعامدة الخاصةSيا(ن){\displaystyle SO(n)}هي مجموعة فرعية مفتوحة منيا(ن){\displaystyle O(n)}تقييد مقياس هار لـيا(ن){\displaystyle O(n)}لSيا(ن){\displaystyle SO(n)}يعطي مقياس هار علىSيا(ن){\displaystyle SO(n)}(من حيث المتغيرات العشوائية، هذا يعني جعل المحدد يساوي 1، وهو حدث احتماله 1/2).
  • نفس الطريقة المستخدمة فييا(ن){\displaystyle O(n)}يمكن استخدامها لإنشاء مقياس هار على المجموعة الوحدويةيو(ن){\displaystyle U(n)}. للمجموعة الوحدوية الخاصةجي=Sيو(ن){\displaystyle G=SU(n)}(الذي يبلغ قياسه 0 فييو(ن){\displaystyle U(n)}ويمكن إنشاء مقياس هار الخاص به على النحو التالي. العينة الأولىأ{\displaystyle A}من مقياس هار (المُعَيَّر إلى واحد، بحيث يكون توزيعًا احتماليًا) علىيو(ن){\displaystyle U(n)}ودع هـأناθ=المحققأ{\displaystyle e^{i\theta }=\det A}، أينθ{\displaystyle \theta }قد تكون أي زاوية من الزوايا، ثم يتم أخذ عينة مستقلةك{\displaystyle k}من التوزيع المنتظم على{1،...،ن}{\displaystyle \{1,...,n\}}. ثمهـ-أناθ+2πكنأ{\displaystyle e^{-i{\frac {\theta +2\pi k}{n}}}A}يتم توزيعها كمقياس هار علىSيو(ن){\displaystyle SU(n)}.
  • يتركجي{\displaystyle G}لتكن مجموعة جميع التحويلات الخطية الأفينيةأ:RR{\displaystyle A:\mathbb {R} \to \mathbb {R} }من الشكلرxر+y{\displaystyle r\mapsto xr+y}لبعض الثوابتx،yR{\displaystyle x,y\in \mathbb {R} }معx>0.{\displaystyle x>0.}انضم إلىجي{\displaystyle G}عملية تركيب الدوال{\displaystyle \circ }، الأمر الذي يتحولجي{\displaystyle G}إلى مجموعة غير أبيلية.جي{\displaystyle G}يمكن تحديدها بالنصف الأيمن من المستوى(0،)×R={(x،y) : x،yR،x>0}{\displaystyle (0,\infty )\times \mathbb {R} =\left\{(x,y)~:~x,y\in \mathbb {R} ,x>0\right\}}والتي بموجبها تصبح عملية المجموعة(s،ت)(u،v)=(su،sv+ت).{\displaystyle (s,t)\circ (u,v)=(su,sv+t).}مقياس هار ثابت من اليسارμل{\displaystyle \mu _{L}}(على التوالي، مقياس هار ثابت من اليمين)μR{\displaystyle \mu _{R}}) علىجي=(0،)×R{\displaystyle G=(0,\infty )\times \mathbb {R} }يُعطى بواسطة μل(S)=S1x2دxدy{\displaystyle \mu _{L}(S)=\int _{S}{\frac {1}{x^{2}}}\,dx\,dy}    و    μR(S)=S1xدxدy{\displaystyle \mu _{R}(S)=\int _{S}{\frac {1}{x}}\,dx\,dy} لأي مجموعة فرعية من بوريلS{\displaystyle S}لجي=(0،)×R.{\displaystyle G=(0,\infty )\times \mathbb {R} .}وذلك لأنه إذاS(0،)×R{\displaystyle S\subseteq (0,\infty )\times \mathbb {R} }إذا كانت مجموعة جزئية مفتوحة، فـ(s،ت)جي{\displaystyle (s,t)\in G}بعد تثبيت القيمة، يعطي التكامل بالتعويضμل((s،ت)S)=(s،ت)S1x2دxدy=S1(su)2|(s)(s)-(0)(0)|دuدv=μل(S){\displaystyle \mu _{L}((s,t)\circ S)=\int _{(s,t)\circ S}{\frac {1}{x^{2}}}\,dx\,dy=\int _{S}{\frac {1}{(su)^{2}}}|(s)(s)-(0)(0)|\,du\,dv=\mu _{L}(S)} بينما لـ(u،v)جي{\displaystyle (u,v)\in G}مُثَبَّت، μR(S(u،v))=S(u،v)1xدxدy=S1su|(u)(1)-(v)(0)|دsدت=μR(S).{\displaystyle \mu _{R}(S\circ (u,v))=\int _{S\circ (u,v)}{\frac {1}{x}}\,dx\,dy=\int _{S}{\frac {1}{su}}|(u)(1)-(v)(0)|\,ds\,dt=\mu _{R}(S).}
  • في أي مجموعة لي ذات بُعدد{\displaystyle d}يمكن ربط مقياس هار الأيسر بأي قيمة غير صفرية ثابتة من اليسارد{\displaystyle d}-استمارةω{\displaystyle \omega }، كمقياس ليبيغ|ω|{\displaystyle |\omega |}وبالمثل بالنسبة لمقاييس هار اليمنى. وهذا يعني أيضاً أنه يمكن حساب الدالة النمطية، باعتبارها القيمة المطلقة لمحدد التمثيل المرافق .
  • المساحة المظللة تساوي وحدة مربعة واحدة.

    يُستخدم تمثيل مقياس هار للأعداد الحقيقية الموجبة بدلالة المساحة تحت الفرع الموجب للقطع الزائد القياسي xy = 1 باستخدام مجموعات بوريل المولدة من الفترات [ a, b ]، حيث b > a > 0. على سبيل المثال، a = 1 و b = عدد أويلر e ينتج عنه مساحة تساوي log(e/1) = 1. بالتالي، لأي عدد حقيقي موجب فإن المساحة على الفترة [ ca, cb ] تساوي log( b / a )، لذا فإن المساحة ثابتة عند الضرب بأعداد حقيقية موجبة. لاحظ أن المساحة تقترب من اللانهاية عندما يقترب a من الصفر وعندما يصبح b كبيرًا. استخدام مقياس هار هذا لتعريف دالة لوغاريتمية يثبت a عند 1 ويعتبر المساحة على فترة في [b, 1]، حيث 0 < b < 1، مساحة سالبة . بهذه الطريقة، يمكن أن يأخذ اللوغاريتم أي قيمة حقيقية على الرغم من أن المقياس دائمًا موجب أو صفر.

  • لوجي{\displaystyle G}إذا كانت مجموعة الأعداد الرباعية غير الصفرية ،جي{\displaystyle G}يمكن اعتبارها مجموعة فرعية مفتوحة منR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}مقياس هارμ{\displaystyle \mu }يُعطى بواسطة μ(S)=S1(x2+y2+z2+w2)2دxدyدzدw{\displaystyle \mu (S)=\int _{S}{\frac {1}{(x^{2}+y^{2}+z^{2}+w^{2})^{2}}}\,dx\,dy\,dz\,dw} أيندxدyدzدw{\displaystyle dx\wedge dy\wedge dz\wedge dw}يشير إلى مقياس ليبيغ فيR4{\displaystyle \mathbb {R} ^{4}}وS{\displaystyle S}هي مجموعة فرعية من بوريلجي{\displaystyle G}.
  • لوجي{\displaystyle G}هي المجموعة المضافة لـص{\displaystyle p}الأعداد الأدية الأوليةص{\displaystyle p}ثم يُعطى مقياس هار عن طريق وضعأ+صنيا{\displaystyle a+p^{n}O}قياسص-ن{\displaystyle p^{-n}}، أينيا{\displaystyle O}هو خاتمص{\displaystyle p}الأعداد الصحيحة -adic.

بناء مقياس هار

بناء باستخدام مجموعات فرعية متراصة

إن الطريقة التالية لبناء مقياس هار هي في الأساس الطريقة التي استخدمها هار وويل.

لأي مجموعات فرعيةS،تيجي{\displaystyle S,T\subseteq G}معS{\displaystyle S}تعريف غير فارغ[تي:S]{\displaystyle [T:S]}أن يكون أقل عدد من الترجمات اليسرى لـS{\displaystyle S}ذلك الغلافتي{\displaystyle T}(إذن هذا عدد صحيح غير سالب أو ما لا نهاية). هذا ليس جمعيًا على المجموعات المدمجةكجي{\displaystyle K\subseteq G}على الرغم من أنها تمتلك الخاصية التي[ك:يو]+[ل:يو]=[كل:يو]{\displaystyle [K:U]+[L:U]=[K\cup L:U]}للمجموعات المدمجة المنفصلةك،لجي{\displaystyle K,L\subseteq G}بشرط أنيو{\displaystyle U}هي جوار مفتوح صغير بما فيه الكفاية للدالة المطابقة (اعتمادًا علىك{\displaystyle K}ول{\displaystyle L}تتمثل فكرة مقياس هار في أخذ نوع من أنواع النهاية لـ[ك:يو]{\displaystyle [K:U]}مثليو{\displaystyle U}يصبح أصغر ليصبح جمعيًا على جميع أزواج المجموعات المدمجة المنفصلة، ​​على الرغم من أنه يجب أولاً تطبيعه بحيث لا تكون النهاية مجرد ما لا نهاية. لذا، حدد مجموعة مدمجةأ{\displaystyle A}مع باطن غير فارغ (وهو موجود لأن المجموعة متراصة محليًا) ولمجموعة متراصةك{\displaystyle K}يُعرِّف

μأ(ك)=ليميو[ك:يو][أ:يو]{\displaystyle \mu _{A}(K)=\lim _{U}{\frac {[K:U]}{[A:U]}}}

حيث يتم أخذ النهاية على مجموعة موجهة مناسبة من الجوارات المفتوحة للعنصر المحايد الموجود في النهاية في أي جوار معين؛ ويتبع وجود مجموعة موجهة بحيث توجد النهاية باستخدام نظرية تيكونوف .

الوظيفةμأ{\displaystyle \mu _{A}}تكون جمعية على المجموعات الفرعية المدمجة المنفصلة منجي{\displaystyle G}وهذا يعني أنه محتوى منتظم . ومن المحتوى المنتظم، يمكن بناء مقياس عن طريق توسيعه أولاً. μأ{\displaystyle \mu _{A}}لفتح المجموعات عن طريق الانتظام الداخلي، ثم لجميع المجموعات عن طريق الانتظام الخارجي، ثم حصرها في مجموعات بوريل. (حتى بالنسبة للمجموعات المفتوحة)يو{\displaystyle U}، المقياس المقابلμأ(يو){\displaystyle \mu _{A}(U)}لا يشترط أن تُعطى بواسطة صيغة النهاية العليا المذكورة أعلاه. تكمن المشكلة في أن الدالة المعطاة بصيغة النهاية العليا ليست قابلة للعد شبه الجمعي بشكل عام، وهي على وجه الخصوص لانهائية على أي مجموعة بدون إغلاق مضغوط، لذا فهي ليست مقياسًا خارجيًا.

بناء يستخدم وظائف مدعومة بشكل مضغوط

قدّم كارتان طريقة أخرى لبناء مقياس هار كمقياس رادون (دالة خطية موجبة على دوال متصلة ذات دعم مضغوط)، وهي طريقة مشابهة للبناء المذكور أعلاه باستثناء أنأ{\displaystyle A}،ك{\displaystyle K}، ويو{\displaystyle U}هي دوال موجبة متصلة ذات دعم مضغوط وليست مجموعات جزئية منجي{\displaystyle G}في هذه الحالة، نُعرّف[ك:يو]{\displaystyle [K:U]}أن يكون الحد الأدنى للأرقامج1++جن{\displaystyle c_{1}+\cdots +c_{n}}بحيثك(ز){\displaystyle K(g)}أقل من التركيبة الخطيةج1يو(ز1ز)++جنيو(زنز){\displaystyle c_{1}U(g_{1}g)+\cdots +c_{n}U(g_{n}g)}من ترجمات اليسار لـيو{\displaystyle U}بالنسبة للبعضز1،...،زنجي{\displaystyle g_{1},\ldots ,g_{n}\in G}كما في السابق، نُعرّف

μأ(ك)=ليميو[ك:يو][أ:يو]{\displaystyle \mu _{A}(K)=\lim _{U}{\frac {[K:U]}{[A:U]}}}.

إن إثبات وجود النهاية يتطلب بعض الجهد، إلا أن ميزة القيام بذلك هي أن البرهان يتجنب استخدام بديهية الاختيار، كما أنه يعطي تفرد مقياس هار كنتيجة ثانوية.μأ{\displaystyle \mu _{A}}يمتد هذا إلى دالة خطية موجبة على الدوال المتصلة ذات الدعم المدمج، وبالتالي يعطي مقياس هار. (لاحظ أنه على الرغم من أن النهاية خطية فيك{\displaystyle K}المصطلحات الفردية[ك:يو]{\displaystyle [K:U]}لا تكون عادةً خطية فيك{\displaystyle K}.)

بناء باستخدام القيم المتوسطة للدوال

قدّم فون نيومان طريقةً لبناء مقياس هار باستخدام القيم المتوسطة للدوال، على الرغم من أنها لا تعمل إلا مع الزمر المتراصة. وتتلخص الفكرة في أنه عند إعطاء دالةو{\displaystyle f}في مجموعة متراصة، يمكن إيجاد توليفة محدبةأأناو(زأناز){\textstyle \sum a_{i}f(g_{i}g)}(أينأأنا=1{\textstyle \sum a_{i}=1}) من يسارها يترجم ذلك الذي يختلف عن دالة ثابتة بعدد صغير على الأكثرϵ{\displaystyle \epsilon }ثم يُظهر المرء ذلك على النحو التالي:ϵ{\displaystyle \epsilon }تميل قيم هذه الدوال الثابتة إلى الصفر، وتميل إلى حد معين، يُسمى القيمة المتوسطة (أو التكامل) للدالة.و{\displaystyle f}.

بالنسبة للمجموعات المدمجة محليًا ولكنها ليست مدمجة، لا يُعطي هذا البناء مقياس هار لأن متوسط ​​قيمة الدوال ذات الدعم المدمج يساوي صفرًا. مع ذلك، يُمكن تطبيق طريقة مشابهة على الدوال شبه الدورية على المجموعة التي لها متوسط ​​قيمة، وإن لم يُحدد ذلك بالنسبة لمقياس هار.

بناء على مجموعات لي

في زمرة لي ذات بُعد n ، يمكن بناء مقياس هار بسهولة كمقياس مستحث بواسطة شكل رياضي n ثابت من اليسار . كان هذا معروفًا قبل نظرية هار.

مقياس هار الصحيح

ويمكن أيضاً إثبات وجود مقياس بوريل فريد (حتى الضرب بثابت موجب) ثابت تحت الإزاحة اليمنىν{\displaystyle \nu }مع استيفاء شروط الانتظام المذكورة أعلاه وكونها منتهية على المجموعات المدمجة، ولكن ليس بالضرورة أن تتطابق مع المقياس الثابت تحت الإزاحة اليسرىμ{\displaystyle \mu }تكون مقاييس هار اليسرى واليمنى متطابقة فقط بالنسبة لما يسمى بالمجموعات أحادية المعامل (انظر أدناه). ومع ذلك، من السهل جدًا إيجاد علاقة بينهما.μ{\displaystyle \mu }وν{\displaystyle \nu }. 𝜇 في الواقع، بالنسبة لمجموعة بوريلS{\displaystyle S}لنرمز بـS-1{\displaystyle S^{-1}}مجموعة معكوسات عناصرS{\displaystyle S}إذا عرّفنا

μ-1(S)=μ(S-1){\displaystyle \mu _{-1}(S)=\mu (S^{-1})\quad }

ثمμ-1{\displaystyle \mu _{-1}}هو مقياس هار يميني. لإثبات الثبات اليميني، نطبق التعريف التالي:

μ-1(Sز)=μ((Sز)-1)=μ(ز-1S-1)=μ(S-1)=μ-1(S).{\displaystyle \mu _{-1}(Sg)=\mu ((Sg)^{-1})=\mu (g^{-1}S^{-1})=\mu (S^{-1})=\mu _{-1}(S).\quad }

ولأن المقياس الصحيح فريد من نوعه، فإنه يترتب على ذلك أنμ-1{\displaystyle \mu _{-1}}هو مضاعف لـν{\displaystyle \nu }وهكذا

μ(S-1)=كν(S){\displaystyle \mu (S^{-1})=k\nu (S)\,}

لجميع مجموعات بوريلS{\displaystyle S}، أينك{\displaystyle k}هو ثابت موجب ما.

الوظيفة المعيارية

إن الإزاحة اليسرى لمقياس هار الأيمن هي مقياس هار أيمن. بتعبير أدق، إذاν{\displaystyle \nu }إذا كان مقياس هار يمينًا، فإنه لأي اختيار ثابت لعنصر المجموعة g ،

Sν(ز-1S){\displaystyle S\mapsto \nu (g^{-1}S)\quad }

وهي أيضًا ثابتة من اليمين. وبالتالي، وبسبب التفرد حتى عامل قياس ثابت لمقياس هار، توجد دالةΔ{\displaystyle \Delta }من المجموعة إلى الأعداد الحقيقية الموجبة، والتي تسمى معامل هار ، أو الدالة النمطية، أو الخاصية النمطية ، بحيث يكون لكل مجموعة بوريلS{\displaystyle S}

ν(ز-1S)=Δ(ز)ν(S).{\displaystyle \nu (g^{-1}S)=\Delta (g)\nu (S).\quad }

بما أن مقياس هار الأيمن محدد جيدًا حتى عامل قياس موجب، فإن هذه المعادلة توضح أن الدالة المعيارية مستقلة عن اختيار مقياس هار الأيمن في المعادلة أعلاه.

الدالة النمطية هي تشاكل زمر متصل من G إلى الزمرة الضربية للأعداد الحقيقية الموجبة . تُسمى الزمرة أحادية النمطية إذا كانت الدالة النمطية متطابقة1{\displaystyle 1}أو، بصورة مكافئة، إذا كان مقياس هار ثابتًا من اليسار واليمين. من أمثلة الزمر أحادية المعامل: الزمر الأبيلية ، والزمر المدمجة ، والزمر المنفصلة (مثل الزمر المنتهيةوزمر لي شبه البسيطة ، وزمر لي المتصلة عديمة القوة . ومن أمثلة الزمر غير أحادية المعامل: زمرة التحويلات الأفينية.

{xأx+ب:أR{0}،بR}={[أب01]}{\displaystyle {\big \{}x\mapsto ax+b:a\in \mathbb {R} \setminus \{0\},b\in \mathbb {R} {\big \}}=\left\{{\begin{bmatrix}a&b\\0&1\end{bmatrix}}\right\}}

على خط الأعداد الحقيقية. يوضح هذا المثال أن زمرة لي القابلة للحل لا يشترط أن تكون أحادية المعامل. في هذه الزمرة، يُعطى مقياس هار الأيسر بالصيغة التالية:1أ2دأدب{\displaystyle {\frac {1}{a^{2}}}da\wedge db}، ومقياس هار الصحيح بواسطة1|أ|دأدب{\displaystyle {\frac {1}{|a|}}da\wedge db}.

القياسات على الفضاءات المتجانسة

إذا كانت المجموعة المدمجة محليًاجي{\displaystyle G}يؤثر بشكل متعدٍ على فضاء متجانسجي/ح{\displaystyle G/H}يمكن للمرء أن يتساءل عما إذا كان لهذا الفضاء مقياس ثابت، أو بشكل أعم مقياس شبه ثابت يتمتع بالخاصية التالية:μ(زS)=χ(ز)μ(S){\displaystyle \mu (gS)=\chi (g)\mu (S)}بالنسبة لبعض الشخصياتχ{\displaystyle \chi }لجي{\displaystyle G}الشرط الضروري والكافي لوجود مثل هذا الإجراء هو أن يكون التقييدχ|ح{\displaystyle \chi |_{H}}يساويΔ|ح/دلتا{\displaystyle \Delta |_{H}/\delta }، أينΔ{\displaystyle \Delta }ودلتا{\displaystyle \delta }هي الوظائف المعيارية لـجي{\displaystyle G}وح{\displaystyle H}على التوالي. [ 8 ] وعلى وجه الخصوص، مقياس ثابت علىجي/ح{\displaystyle G/H}توجد الدالة المعيارية إذا وفقط إذاΔ{\displaystyle \Delta }لجي{\displaystyle G}يقتصر علىح{\displaystyle H}هي الوظيفة المعياريةدلتا{\displaystyle \delta }لح{\displaystyle H}.

مثال

لوجي{\displaystyle G}هي المجموعةSل2(R){\displaystyle SL_{2}(\mathbb {R} )}وح{\displaystyle H}إذا كانت المجموعة الفرعية من المصفوفات المثلثية العليا، فإن الدالة المعيارية لـح{\displaystyle H}ليس بالأمر التافه، لكن الدالة المعيارية لـجي{\displaystyle G}هذا أمر تافه. لا يمكن تعميم ناتج قسمة هذه على أي خاصية من خصائصجي{\displaystyle G}، لذا فإن فضاء القسمةجي/ح{\displaystyle G/H}(والتي يمكن اعتبارها فضاء إسقاطي حقيقي أحادي البعد ) ليس لها حتى مقياس شبه ثابت.

تكامل هار

باستخدام النظرية العامة لتكامل لوبيغ ، يمكن تعريف تكامل لجميع الدوال القابلة للقياس وفقًا لبوريل.و{\displaystyle f}علىجي{\displaystyle G}يُطلق على هذا التكامل اسم تكامل هار ويُرمز إليه بالرمز التالي:

و(x)دμ(x){\displaystyle \int f(x)\,d\mu (x)}

أينμ{\displaystyle \mu }هو مقياس هار.

إحدى خصائص مقياس هار الأيسرμ{\displaystyle \mu }هل هذا يعني السماح؟s{\displaystyle s}أن يكون عنصراً منجي{\displaystyle G}، ما يلي صحيح:

جيو(sx) دμ(x)=جيو(x) دμ(x){\displaystyle \int _{G}f(sx)\ d\mu (x)=\int _{G}f(x)\ d\mu (x)}

لأي دالة قابلة للتكامل من نوع هارو{\displaystyle f}علىجي{\displaystyle G}وهذا ينطبق فوراً على وظائف المؤشر :

1أ(تز)دμ=1ت-1أ(ز)دμ=μ(ت-1أ)=μ(أ)=1أ(ز)دμ،{\displaystyle \int {\mathit {1}}_{A}(tg)\,d\mu =\int {\mathit {1}}_{t^{-1}A}(g)\,d\mu =\mu (t^{-1}A)=\mu (A)=\int {\mathit {1}}_{A}(g)\,d\mu ,}

وهو في الأساس تعريف الثبات من اليسار.

الاستخدامات

في نفس العدد من مجلة حوليات الرياضيات ومباشرة بعد ورقة هار، تم استخدام نظرية هار لحل مشكلة هيلبرت الخامسة المقيدة بالمجموعات المدمجة بواسطة جون فون نيومان . [ 9 ]

إلا إذاجي{\displaystyle G}إذا كانت مجموعة منفصلة، ​​فمن المستحيل تعريف مقياس منتظم قابل للعد وثابت من اليسار على جميع المجموعات الجزئية منجي{\displaystyle G}، بافتراض بديهية الاختيار ، وفقًا لنظرية المجموعات غير القابلة للقياس .

التحليل التوافقي المجرد

تُستخدم مقاييس هار في التحليل التوافقي على الزمر المدمجة محليًا، وخاصة في نظرية ازدواجية بونترياجين . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] لإثبات وجود مقياس هار على زمرة مدمجة محليًاجي{\displaystyle G}يكفي إظهار مقياس رادون ثابت من اليسار علىجي{\displaystyle G}.

الإحصاء الرياضي

في الإحصاء الرياضي، تُستخدم مقاييس هار كمقاييس احتمالية مسبقة، وهي احتمالات مسبقة لمجموعات تحويلات متراصة. تُستخدم هذه المقاييس المسبقة لبناء إجراءات مقبولة ، بالاستناد إلى توصيف والد للإجراءات المقبولة كإجراءات بايزية (أو حدود الإجراءات البايزية) . على سبيل المثال، ينتج عن مقياس هار الأيمن لعائلة من التوزيعات ذات معلمة موقع مُقدِّر بيتمان ، وهو أفضل مُتَغَيِّر . عندما يختلف مقياسا هار الأيمن والأيسر، يُفضَّل عادةً استخدام المقياس الأيمن كتوزيع مسبق. بالنسبة لمجموعة التحويلات الأفينية على فضاء معلمات التوزيع الطبيعي، فإن مقياس هار الأيمن هو مقياس جيفريز المسبق . [ 13 ] مع ذلك، حتى مقاييس هار اليمنى قد تُنتج أحيانًا احتمالات مسبقة غير مُجدية، لا يُنصح باستخدامها عمليًا، على غرار طرق بناء المقاييس المسبقة الأخرى التي تتجنب المعلومات الذاتية. [ 14 ]

يُستخدم مقياس هار في الإحصاء أيضًا في الاستدلال الشرطي ، حيث يُشترط توزيع المعاينة لإحصائية ما على إحصائية أخرى من البيانات. في الاستدلال الشرطي القائم على نظرية الثوابت، يُشترط توزيع المعاينة على ثابت لمجموعة التحويلات (التي يُعرَّف مقياس هار بالنسبة لها). تعتمد نتيجة الشرط أحيانًا على ترتيب استخدام الثوابت وعلى اختيار الثابت الأقصى ، بحيث لا يكفي مبدأ إحصائي للثبات وحده لاختيار أفضل إحصائية شرطية فريدة (إن وُجدت)؛ بل يلزم مبدأ آخر على الأقل.

بالنسبة للمجموعات غير المتراصة، قام الإحصائيون بتوسيع نتائج مقياس هار باستخدام المجموعات القابلة للتطبيق . [ 15 ]

نظرية ويل العكسية

في عام 1936، أثبت أندريه ويل عكسًا (من نوع ما) لنظرية هار، من خلال إظهار أنه إذا كان للمجموعة مقياس ثابت من اليسار مع خاصية فصل معينة ، [ 3 ] فإنه يمكن تعريف طوبولوجيا على المجموعة، ويكون إكمال المجموعة مضغوطًا محليًا ويكون المقياس المعطى هو نفسه بشكل أساسي مقياس هار على هذا الإكمال.

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. 1 2 هار، أ. (1933)، “Der Massbegriff in der Theorie der kontinuerlichen Gruppen”، حوليات الرياضيات ، 2، المجلد.  34، لا.  1، الصفحات من 147 إلى 169، دوى : 10.2307/1968346 ، JSTOR 1968346  
  2. آي إم جيمس، تاريخ الطوبولوجيا، ص 186
  3. 1 2 هالموس، بول ر. (1950). نظرية القياس . نيويورك: سبرينغر ساينس + بيزنس ميديا. ص 219-220. ISBN  978-1-4684-9442-6.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  4. ^ ويل ، أندريه (1940)، L'intégration dans les groupes topologiques et ses apps ، Actualités Scientifiques et Industrielles، المجلد. 869، باريس: هيرمان 
  5. ^ كارتان ، هنري (1940) ، “Sur la mesure de Haar”، Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris ، 211 : 759– 762
  6. ألفسن، إي إم (1963)، "برهان بنائي مبسط لوجود وتفرد مقياس هار" ، مجلة الرياضيات الإسكندنافية ، 12 : 106-116 ، doi : 10.7146/math.scand.a-10675
  7. دياكونيس، بيرسي (12 فبراير 2003). "أنماط في القيم الذاتية: المحاضرة السبعون لجوزايا ويلارد جيبس" . نشرة الجمعية الرياضية الأمريكية . 40 (2): 155-178 . doi : 10.1090/s0273-0979-03-00975-3 . ISSN 0273-0979 . 
  8. بورباكي، نيكولاس (2004)، التكامل 2، الفصل 7، القسم 6، النظرية 3 ، برلين-هايدلبرغ-نيويورك: سبرينغر
  9. ^ von Neumann، J. (1933)، “Die Einführung Analytischer Parameter in Topologischen Gruppen”، حوليات الرياضيات ، 2 ، المجلد. 34، لا. 1، الصفحات من 170 إلى 179، دوى : 10.2307/1968347 ، JSTOR 1968347    
  10. ^ باناسزكزيك، فويتشيك (1991). مجموعات فرعية مضافة من مساحات المتجهات الطوبولوجية . ملاحظات محاضرة في الرياضيات. المجلد. 1466. برلين: سبرينغر-فيرلاغ. ص.الثامن +178. رقم ISBN   3-540-53917-4MR 1119302 . 
  11. يوري إي. ليوبيتش. مقدمة في نظرية تمثيلات باناخ للمجموعات . مترجم من طبعة عام 1985 باللغة الروسية (خاركوف، أوكرانيا). دار نشر بيركهاوزر. 1988.
  12. تشارلز ف. دانكل ودونالد إي. راميريز: مواضيع في التحليل التوافقي . أبليتون-سينشري-كروفتس. 1971. ISBN 039027819X.
  13. بيرغر، جيمس أو. (1985)، "6 الثبات"، نظرية القرار الإحصائي والتحليل البايزي ( الطبعة الثانية)، سبرينغر فيرلاغ، ص 388-432 ، Bibcode : 1985sdtb.book.....B  
  14. روبرت، كريستيان ب. (2001). الاختيار البايزي - دافع نظري لاتخاذ القرار ( الطبعة الثانية). سبرينغر. ISBN  0-387-94296-3.
  15. ^ بوندار، جيمس ف. ميلنز، بول (1981). "القابلية: دراسة استقصائية للتطبيقات الإحصائية لهنت-ستاين والظروف ذات الصلة على المجموعات" . Zeitschrift für Wahrscheinlichkeitstheorie und Verwandte Gebiete . 57 (1): 103-128 . دوى : 10.1007 / BF00533716 .

مراجع

  • وجود وتفرد تكامل هار على مجموعة طوبولوجية متراصة محليًا - بقلم جيرت ك. بيدرسن
  • حول وجود وتفرد المقاييس الثابتة على الزمر المدمجة محليًا - بقلم سيمون روبنشتاين-سالزيدو