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2010年8月28日

测量零点和内部空白之间的差异

Tom Leinster发布

这是一篇“我学到的小东西”类别的帖子。

闭上眼睛,想象一组测量零点,其中“set”指的是子集属于 n个\矩阵{R}^n.现在再次打开它们,以便您可以继续阅读…

再次合上它们,想象一组内部空空如也的场景。

对我来说,这两个心理图像大致相同。应该吗?

有几个简单的数学点。一个是一套测量零点的内部肯定是空的,如果没有,它会包含一个非平凡的长方体( 1,b条 1)××( n个,b条 n个)(a_1,b_1)\times\cdots\times(a_n,b_n).另一个是相反的失败:一组可以有积极的衡量标准但内部是空的(例如无理数)。

我刚学到的是契约带正值的集合测量但内部是空的。(我一会儿举个例子。)那可能听起来像是一个立即被遗忘的技术性问题,但实际上这是一个棘手的事实在重要区别的背后。稍微夸张一下:

测量零点和空内部之间的差异是勒贝格和黎曼可积性之间的差异。

在我开始之前,这里是\mathbb{R}具有积极的措施,但空虚的内部。这很容易,但不是主要的这篇文章的重点,所以如果你没有心情了解细节,请跳过接下来的两段。

考虑经典的康托集,得到[0,1][0, 1]通过移除中间开口1/1/3,然后拆下中间开口1/1/3每个22结果间隔,然后移除中间开口1/1/3每个44结果间隔,等等。这个不是例如,由于康托集合的测量值为零:集合n个n个第七阶段有措施(11/) n个=(2/) n个(1-1/3)^n=(2/3)^n,其中收敛到00作为n个到infty.

但我们可以调整结构:n个n个第个阶段,而不是删除中间打开1/1/3来自每个2 n个2 ^n个间隔,拆下中间开口x个 n个x个n.在这里(x个 n个)(x_n)是介于0011所以出现三次“1/1/3“在上一段的第一句中成为“x个 0x 0”, “x个 1x_1“和”x个 2x2个”,分别表示。测量得到的类康托集是 n个=0 (1x个 n个),\prod_{n=0}^\infty(1-xn),如果我们选择,它是非零的(x个 n个)(x_n)迅速收敛到00.还有我们的套装内部肯定是空的,因为n个n个第个阶段不包含间隔长度> 2 n个&gt 2^{-n}。对于(x个 n个)(x_n),我们的集合称为胖坎托套装.

这与勒贝格和黎曼可积性有什么关系?答案在于“乔丹可测量性”的概念。的子集 n个\矩阵{R}^n打电话约旦可衡量如果其特征功能(指示器功能)是黎曼可积的。你可能会认为这叫做“黎曼”可测量性”,但显然不是。它有时被称为“Peano–Jordan”可测量性”。

关于约旦和勒贝格可测性,至少对于紧集是这样的:

紧集是Jordan可测的当且仅当其边界具有Lebesgue测量零。

一个等价的语句是紧集A类A类如果和只有音量(A类)=音量(国际A类)体积(A)=体积(Int A),其中音量音量指勒贝格测量和国际国际指内部。

但紧集的边界是紧的,并且内部是空的。所以如果每一个内部空的紧凑型集合都有0个度量单位,乔丹的可度量单位将是与勒贝格可测性相同。相反,如果Jordan可测性为与Lebesgue可测性相同,然后是每个紧集A类A类带有空的内部会满足音量(A类)=音量(国际A类)=0Vol(A)=Vol(Int A)=0.

结论:“测度零”不同于“空内部”——即使是紧集——正是因为勒贝格可测性不同于乔丹可测性。

发布于2010年8月28日凌晨3:52 UTC

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31条评论和0条回溯

关于:测量零点和空内部之间的差异

我在家打字,所以无法访问MathSciNet,但如果你去那里搜索“瑞士奶酪”,你应该会得到大量证据,证明内部为空、测度为零的紧致平面集对喜欢函数代数的人(或者至少是那些博士生导师喜欢函数代数)很感兴趣。

发布人:叶梦·崔2010年8月28日上午6:42|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

谢谢!这让我很开心,因为有一种东西叫做瑞士奶酪操作(以及瑞士奶酪多类别),其代数当然叫做瑞士奶酪代数。

当时我最想的是他们,当时我住在巴黎,瑞士奶酪委员会(Swiss Cheese Board)(与“高尔夫俱乐部”(golf club)一样含糊不清,但你知道我的意思)碰巧在做广告活动,试图说服法国人,瑞士奶酪不仅仅是卡通老鼠吃的多孔食物。所以地铁上到处都是海报

Si c'est troué,c'est pas Suisse(瑞士)

-如果它有洞,那就不是瑞士。

顺便说一下,我想你是指“内部为空的紧凑平面集积极措施“,而不是”测量零“…
正确的?

发布人:汤姆·伦斯特2010年8月28日下午8:14|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

顺便说一句,我假设你指的是“内部为空且测度为正的紧致平面集”,而不是“测度为零”

哎呀。是的,这就是我的意思。深夜打字太多…

发布人:叶梦·崔2010年8月29日9:45 PM|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

紧集是Jordan可测的当且仅当其边界具有Lebesgue测度零。

事实上,这很好地将集合(指示符函数)概括为任意函数:

紧支撑函数是黎曼可积的当且仅当它是连续的,除了在勒贝格测度零点集上。

发布人:Mark Meckes于2010年8月29日下午6:23|永久链接|对此的答复

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那应该是“A有界的紧凑支持的函数”。

发布人:Mark Meckes于2010年8月30日下午4:39|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

重复这个有什么乐趣吗?什么是 n个\矩阵{R}^n比如它的边界是约旦可以测量的,而约旦可以测量零?它比乔丹更可衡量吗?

发布人:约翰·贝兹2018年5月26日10:33 PM|永久链接|对此的答复

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对我来说,这两个心理图像大致相同。应该吗?

如果我没有被要求适应更多的拓扑规则,我想我或多或少会这样想。我想买一套A类 n个A\子集\mathbb{R}^n作为 n个\矩阵{R}^n删除了一些点。如果A类A类内部是空的,这意味着每个球 n个\矩阵{R}^n(或者说长方体,如果你喜欢的话)是缺点的。所以这里的图片是 n个\矩阵{R}^n它的每个部分都有洞。

如果A类A类有勒贝格测度吗00然后每个球都有洞,但这些洞的尺寸增加了球的尺寸。所以微妙的不同是 n个\矩阵{R}^n具有大的它的每一部分都有洞。

我认为胖康托集的例子很适合这个观点:如果x个 n个x个ns(它只测量我们戳进去的洞的大小[0,1][0,1])“大”吗?我们得到一组勒贝格测度00如果它们是“小”的,我们会得到一个具有正勒贝格测度的集合。

我不知道如何将这种省力与可积性联系起来,但可能有一些很好的方法。

发布人:Mark Meckes于2010年8月30日下午7:20|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我认为零测度集更类似于贫乏的集合比内部为空的集合。但是,它们是不同的概念。

现在再打开它们,这样你就可以继续阅读了…

你希望我怎么读闭上眼睛的句子?

发布人:约翰·贝兹2010年8月31日上午8:09|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我认为这很明显:使用屏幕阅读器!

发布人:米凯尔·维杰德莫·约翰逊2010年8月31日上午9:41|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

发布人:约翰·贝兹2010年8月31日上午10:50|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

贾斯汀·罗伯茨(Justin Roberts)对我做了以下观察,这是事后看来很明显的一点,也是我可能引用错误的一点:

黎曼积分对于几何是足够的,而勒贝格积分对于概率论是必要的。

Terry Tao在他最近的帖子中提出了更精确的微妙观点测量问题.

我曾在其他地方指出,我从未修过测量理论课程。这意味着我对这些不寻常的“非几何”集合(如康托集合、胖集合或其他集合)几乎没有直觉。然而,直到最近,这对我来说还不是一个问题。现在我到处都是测量理论!因此,听到其他人的直觉是件好事,比如马克是如何看待这些事情的。

也许值得指出汤姆和我在教育方面的差异。汤姆在牛津大学取得了本科学位,我在剑桥大学取得了我的学位。在剑桥大学,我们在第一年就进行了黎曼积分:在牛津大学,他们在第一年进行了勒贝格积分。作为一名几何学家/拓扑学家,我在后来几年设法避免了分析。

发布人:西蒙·威勒顿2010年9月16日上午11:48|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

一个相关的观点是,黎曼积分对于应用数学的目的来说通常是足够的。例如,(几乎?)在经典物理学中遇到的所有积分都是黎曼积分。比如,打开一本关于电磁学的本科生课本,看看他们是如何推导出由电荷分布产生的给定点上电场的积分公式的。他们将空间分割成小块,通过点源近似小块,将它们全部相加,并将结果称为积分。如果你把这个做得更精确,你就得到了黎曼和的一个极限。

在经典物理学中,我从未见过一个积分更自然地导出或解释为勒贝格积分(即从截断余域开始,而不是域),但如果有人知道一个例子,我会感兴趣。

发布人:Mark Meckes,2010年9月16日下午3:43|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

马克写道:

勒贝格积分(即从截断余域开始,而不是域)

将其与黎曼积分进行对比。

你能详细说明一下吗?

我可以肯定地看到,黎曼积分涉及到域的分割。但你为什么说勒贝格从切断尾码开始?

发布人:汤姆·伦斯特2010年9月16日下午7:38|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我也不明白。勒贝格积分对域和共域进行了分割。确实是正函数的积分(f):X(X)f:X\rightarrow\mathbb{R}只是衡量{(x个,):0(f)(x个)}\{(x,y):0\ley\lef(x)\}在产品测量中X(X)×X\次\mathbb{R}.

发布人:汤姆·E2010年9月16日下午8:24|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

很久以前,我确信当你定义勒贝格积分\mathbb{R}-值函数,真正重要的是什么\mathbb{R}它配备了操作意思是(或者更一般地说,加权平均值)。这是一种切碎的方式。所以我可能知道马克的意思;但我会等着看他说什么。

发布人:汤姆·伦斯特2010年9月16日下午8:44|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我将首先阐述汤姆·E的观点。黎曼积分和勒贝格积分都涉及到域和范围的分割。区别在于谁先到。我将保留其余的启发性内容,因为无论如何查找技术细节都很容易。我假设范围是\mathbb{R}.

在黎曼积分中,您可以将域划分为漂亮的小集合,通常是间隔(一维)或大小(大致)相等的矩形棱镜。然后用这些小集合上的常数近似函数。因此,您仅通过有限多个值来近似范围,这相当于将范围划分为有界区间。这些间隔的大小通常会有所不同,但如果函数很好,则不会太大。函数本身现在由阶跃函数近似,很明显阶跃函数的积分应该是什么。

在勒贝格积分中,首先要将范围划分为漂亮的小集合,通常是大小相等的区间。然后,在每个间隔中用一个固定值近似函数的值。这将域划分为多个集合,函数在这些集合上是常量。域的这些子集的大小可能变化很大,但如果函数很好(可测量),您至少可以明智地谈论它们的大小。函数本身再次近似为阶跃函数。

发布人:Mark Meckes,2010年9月16日,晚上10:36|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

这很有趣,我从来没有这样想过。在勒贝格的例子中,你对密码子进行了很好的划分,看看这给了你什么样的分区。在Riemann的例子中,你对域进行了很好的分区(这不会自动给你一个范围的分区)。

发布人:汤姆·E2010年9月17日上午10:01|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

非常感谢,马克。

发布人:汤姆·伦斯特2010年9月18日下午2:08|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

的确。我讲授的第一门课是应用数学课,其中涉及到大量的计算,比如旋转体积和惯性矩,以这种切碎的方式,写下“现在让我们δx个dx公司\增量x至dx”. 非常有趣。

发布人:西蒙·威勒顿2010年9月16日下午6:16|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我一直在等着看是否有任何评论详细阐述了概率几何对积分的要求,但没有任何直接引用它的东西。所以我只想看看我是否正确:

几何学和物理学在一定程度上涉及到局部性质(“物质的数量”[体积,包括“随时间积累”]、惯性矩/电荷分布等),人们需要积分,从隐喻的意义上讲,积分将局部摘要增长为全局摘要。黎曼积分就足够了。在概率方面,人们很快就会对“相对体积”感兴趣,因为它满足了产生复杂结构的条件。黎曼积分过程没有捕捉到这些细节。(在研究非线性动力系统的积分时,可能也会出现同样的情况。)

这是思想背后的原因吗,还是我错过了什么?

发布人:2010年9月19日凌晨1:46|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我不完全理解你想说什么,班,所以我将介绍我对差异的理解。

对于黎曼积分来说,最基本的失败性质是单调收敛定理,但对于概率论来说,这是我们需要的。大致来说,我们需要能够“积分可积函数的逐点极限”。如果没有额外的结构(比如说均匀收敛),这在几何中似乎是不必要的。

发布人:汤姆·E2010年9月19日上午11:20|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

汤姆·E指出了几何和概率想要从积分中得到什么之间的一个技术差异。从更广泛的哲学角度来看,这是一个密切相关的观点。在几何学中,被积函数的域是人们感兴趣的对象;很可能是域。特别是,在几何中,您可以并且通常会将注意力限制在具有适当规则的局部行为的函数上(其中“局部”指域中的点)。在概率上,你只关心随机变量的分布;它的局部行为超出了概率论的范围,在任何情况下都可能毫无意义,因为域上通常没有度量或拓扑结构。因此,您需要一种将主要注意力放在范围上的集成方法。

发布人:Mark Meckes于2010年9月19日下午2:06|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

感谢你们两位的洞察力。我乱七八糟地说,人们会问“三维单位立方体中的一个点位于Sierpinski垫片实心部分的概率是多少?”而他们不会问“Sierpinsk垫片的惯性矩是多少(甚至,积分一个在奇怪重力下运动的粒子的运动方程,这个重力只在当前时间处于康托集时才施加一个力”)但你似乎在说,这不仅仅是概率自然而然地引发了对复杂集进行积分的欲望,但也有一些技术标准需要通过交换极限和积分等来计算各种概率实体。

(当我处理概率时,主要是在组合/离散结构的概率背景下,所以我从来没有遇到过这种东西,所以我很好奇。出于与Simon相同的原因,我最初从未学习过这种东西。)

发布人:2010年9月19日下午6:37|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

班恩写道:

他们不会问“Sierpinski垫圈的转动惯量是多少?”

但分形——至少,与分形非常相似的东西——出现在物理学的某些部分,例如布朗运动。我想知道布朗运动的物理研究是否需要勒贝格理论。

发布人:汤姆·伦斯特2010年9月19日下午7:09|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

不止如此!考虑布朗运动很有趣分形。布朗运动通常与拉普拉斯运动联系在一起,所以这基本上是求解类似Sierpinski垫圈的热方程。至少有似乎那么,我们希望考虑对这些非物理物体进行物理几何处理。

参见示例:http://www-an.acs.i.kyoto-u.ac.jp/~kigami/AOF.pdf

发布人:汤姆·E2010年9月19日下午7:23|永久链接|对此的答复

关于:测量零和内部空之间的差异

它是数学上很有趣,但我想说的是:是吗身体上有趣吗?作记号写的:

黎曼积分通常足以满足应用数学的目的。例如,
(几乎?)在经典物理学中遇到的所有积分都是黎曼积分。

所以我想知道的是物理学家是否需要勒贝格积分来处理布朗运动。

发布人:汤姆·伦斯特2010年9月19日下午8:18|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我会重新表述最后一个问题:勒贝格整合是否有必要使严格物理学家对布朗运动感兴趣的一些计算?例如,我怀疑大多数物理学家在使用L(左) 2L^2(长^2)量子力学理论,他们隐含地使用勒贝格积分而不是黎曼积分。

发布人:Mark Meckes于2010年9月19日下午8:48|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

我想我必须更仔细地思考这个问题的实际含义……但有一件事需要立即思考,那就是你是否可以在没有Lebesgue积分的情况下建立Feynman-Kac公式。它将热量方程与扩散联系在一起,因此它当然是非常物理的。

我甚至不确定你能用黎曼积分做连续的随机过程,但你可以通过它们的有限维分布来“模拟”它们。

发布人:汤姆·E2010年9月19日下午8:49|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

所以我想知道的是物理学家是否需要勒贝格积分来处理布朗运动。

当然。在物理学家的威克转动阿卡解析延拓量子力学转化为随机力学,过渡过程一直被使用。

热核技术和所有与之相关的函数分析可能在物理学中更多地应用于随机过程,而不是真正的量子过程——原因很简单,数学在那里更好地控制。

发布人:Urs Schreiber公司2010年9月19日晚上11:45|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

在几何学中,被积函数的域是人们感兴趣的对象;在概率上,这是领域。

我是误读了吗,还是说,在这两种情况下,域都是感兴趣的对象?我既不是几何学家,也不是概率论者,所以无法判断是否有错别字,或者我遗漏了一个微妙的区别。

发布人:LSpice公司2018年5月25日下午6:30|永久链接|对此的答复

关于:测量零点和空内部之间的差异

这是一个打字错误。我的意思是说,密码子很可能是感兴趣的对象。

(几年前,当我再次看到这篇帖子时,我确实注意到了这个错误,但当时似乎不值得纠正,因为这个帖子已经休眠了多年。)

发布人:Mark Meckes于2018年5月25日下午8:10|永久链接|对此的答复

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