D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 11 INTEGRALA LEBESGUE Cursul 10 Observaţia Cum am văzut în Teorema 11.46, orice funcţie integrabilă

Documente similare
Seminarul 1

Curs 8 Derivabilitate şi diferenţiabilitate pentru funcţii reale 8.1 Derivata şi diferenţiala unei funcţii reale. Propriet¼aţi generale De niţia 8.1.1

LABORATOR 9 - VECTORI ŞI VALORI PROPRII. INTERPOLAREA FUNCŢIILOR 1. Vectori Şi valori proprii. Metoda rotaţiilor a lui Jacobi Fie A o matrice p¼atrati

D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 12 SPAŢII L P Cursul 11 Proprietăţi de densitate în spaţiile L p Proprietăţile de densitate ne permit să

Societatea de Ştiinţe Matematice din România Ministerul Educaţiei Naţionale Olimpiada Naţională de Matematică Etapa Naţională, Braşov, 2 aprilie 2013

Calcul diferenţial şi integral (notiţe de curs) Şt. Balint E. Kaslik, L. Tǎnasie, A. Tomoioagă, I. Rodilǎ, N. Bonchiş, S. Mariş Cuprins I Introducere

M1-ACS, , M. Olteanu Notițe de Adrian Manea Seminar 9 Extreme cu legături. Integrale improprii 1 Extreme condiționate Atunci cînd domeniul de

D.Rusu, Teoria măsurii şi integrala Lebesgue 6 MĂSURA LEBESGUE Cursul 5 Teorema 6.26 Există submulţimi ale lui R care nu sunt măsurabile Lebesgue. Dem

Cursul 6 Integrala în complex Fie f : D C o funcţie continuă pe domeniul D C. Ne punem problema existenţei unei primitive a lui f, adică a unei funcţi

Şiruri de numere reale Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică Gheorghe Asachi Iaşi, 2015 Analiză Matematică Lucian Maticiuc 1 / 29

Tiberiu Trif Analiză matematică 2 Calcul diferențial și integral în R n

Cursul 8 Funcţii analitice Vom studia acum comportarea şirurilor şi seriilor de funcţii olomorfe, cu scopul de a dezvălui o proprietate esenţială a ac

Algebra: 1. Numere naturale. Operatii cu numere naturale. Ordinea operatiilor. Puteri si reguli de calcul cu puteri. Compararea puterilor. Multimea nu

TEORIA MĂSURII Liviu C. Florescu Universitatea Al.I.Cuza, Facultatea de Matematică, Bd. Carol I, 11, R Iaşi, ROMANIA, e mail:

OBIECTIVE DE REFERINŢĂ ŞI EXEMPLE DE ACTIVITĂŢI DE ÎNVĂŢARE 1. Cunoaşterea şi înţelegerea conceptelor, a terminologiei şi a procedurilor de calcul Obi

Cursul 6 Cadru topologic pentru R n În continuarea precedentei părţi, din cursul 5, dedicată, în întregime, unor aspecte de ordin algebric (relative l

Aero-BCD, , Prof. L. Costache & M. Olteanu Notițe de Adrian Manea Seminar 5 Șiruri și serii de funcții. Serii de puteri 1 Șiruri de funcții D

PowerPoint Presentation

Microsoft Word - MD.05.

Model de planificare calendaristică

Tema 5

Microsoft Word - cap1p4.doc

Analiz¼a Matematic¼a - Curs 6 M¼ad¼alina Roxana Buneci

{ 3x + 3, x < 1 Exemple. 1) Fie f : R R, f(x) = 2x + 4, x 1. Funcţia f este derivabilă pe R\{1} (compunere de funcţii elementare), deci rămâne să stud

GHEORGHE PROCOPIUC PROBLEME DE ANALIZĂ MATEMATICĂ ŞI ECUAŢII DIFERENŢIALE IAŞI, 2007

Facultatea de Matematică Anul II Master, Geometrie Algebrică Mulţimi algebrice ireductibile. Dimensiune 1 Mulţimi ireductibile Propoziţia 1.1. Fie X u

Cursul 12 (plan de curs) Integrale prime 1 Sisteme diferenţiale autonome. Spaţiul fazelor. Fie Ω R n o mulţime deschisă şi f : Ω R n R n o funcţie de

Modul de Calcul Manual Metode dendrom ÎN TEREN Înălţimi METODA Norme Ediţia 2000 Indicativ Structura Arboretelor Diametru Nr. de arbori la care se măs

Distanţa euclidiană (indusă de norma euclidiană) (în R k ). Introducem în continuare o altă aplicaţie, de această dată pe produsul cartezian R k XR k,

CLP_UTCN-grila-2012.dvi

OBIECTIVE DE REFERINŢĂ ŞI EXEMPLE DE ACTIVITĂŢI DE ÎNVĂŢARE 1. Cunoaşterea şi înţelegerea conceptelor, a terminologiei şi a procedurilor de calcul Obi

Săptămâna 1 Partea I Nr. item Rezultate a) {1; 2; 3; 4; 5; 8} {2} {2; 3; 5; 6; 7} 55 [AE b) {2; 4} C {1; 3; 4; 5; 7} 55 AD c) {1; 3; 5} {2;

PowerPoint Presentation

Curs 10 Aplicaţii ale calculului diferenţial. Puncte de extrem 10.1 Diferenţiale de ordin superior S¼a trecem acum la de nirea diferenţialelor de ordi

FIŞA NR

Prelegerea 3 În această prelegere vom învăţa despre: Clase speciale de latici: complementate. modulare, metrice, distributive şi 3.1 Semi-distributivi

Prof. dr. ing. Toma L. Dragomir, TEORIA SISTEMELOR II 2014/ Metoda directă a lui Lyapunov Metoda directă a lui Lyapunov, numită şi cea de a

Elemente de aritmetica

DAN LASCU ADRIANA-LIGIA SPORIŞ ANDA OLTEANU PAUL VASILIU MATEMATICĂ. CULEGERE DE PROBLEME TIP GRILĂ PENTRU ADMITEREA ÎN ACADEMIA NAVALĂ MIRCEA CEL BĂT

Microsoft Word - D_ MT1_II_001.doc

Metode Numerice

CONCURSUL NAŢIONAL DE MATEMATICA PANAITOPOL EDIŢIA a X-a, TULCEA, 21 aprilie 2018 Clasa a VII - a 1. Se consideră numerele reale x, y şi z, cel puţin

Dorel LUCHIAN Gabriel POPA Adrian ZANOSCHI Gheorghe IUREA algebră geometrie clasa a VIII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA

Cursul 7 Formula integrală a lui Cauchy Am demonstrat în cursul precedent că, dacă D C un domeniu simplu conex şi f : D C o funcţie olomorfă cu f cont

Subiectul I (20 puncte) CONCURSUL ȘCOLAR NAȚIONAL DE GEOGRAFIE,,TERRA ETAPA NAȚIONALĂ 18 mai 2019 CLASA a V-a Citește fiecare cerință și analizează cu

SEMNALE ŞI SISTEME CURSUL 3 SEMNALE ANALOGICE Obiectivele acestui curs: Distribuţii. Funcţii singulare Distribuţii utile în studiul semnalelor. Transf

Microsoft Word - Analiza12BacRezolvate.doc

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 36 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Modelarea si Simularea Sistemelor de Calcul

CONCURSUL NAŢIONAL DE MATEMATICA PANAITOPOL EDIŢIA a X-a, TULCEA, 21 aprilie 2018 Clasa a VII - a Soluţii orientative şi bareme Problema 1. Se conside

CONCURSUL DE MATEMATICĂ APLICATĂ "ADOLF HAIMOVICI" ETAPA JUDEȚEANĂ 18 martie 2017 Filiera Tehnologică : profilul Tehnic Clasa a IX -a Problema 1. 2 Se

Gheorghe IUREA Adrian ZANOSCHI algebră geometrie clasa a VII-a ediţia a V-a, revizuită mate 2000 standard EDITURA PARALELA 45 Matematică. Clasa a VII-

Microsoft Word - fmnl06.doc

Prelegerea 4 În această prelegere vom învăţa despre: Algebre booleene; Funcţii booleene; Mintermi şi cuburi n - dimensionale. 4.1 Definirea algebrelor

Microsoft Word - TIC5

O teoremă de reprezentare (II) Marian TETIVA 1 Abstract. In this paper some (in general well-known) results on complete sequences are exposed, with ap

Limbaje de ordinul I LOGICA DE ORDINUL I Un limbaj L de ordinul I este format din: o mulţime numărabilă V = {v n n N} de variabile; conectorii şi ; pa

maracine.doc

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

Universitatea Babeş-Bolyai Cluj-Napoca Facultatea de Matematică şi Informatică Teză de Doctorat Rezumat Aproximare prin Operatori Integrali Liniari şi

Noțiuni matematice de bază

Matematici Speciale - Ingineria Sistemelor Seminar 1 Probleme rezolvate 1. Studiaţi convergenţa integralelor improprii: Z 1 p Z 3 2x 2 a) I

Calcul Numeric

Spatii vectoriale

Cuprins ANALIZĂ MATEMATICĂ CALCUL INTEGRAL CUPRINS Unitatea de învăţare Titlu Pagina INTRODUCERE 1 1 Primitive 3 Obiectivele unităţii de învăţare nr.

PAS cap. 2: Reprezentări rare p. 1/35 Prelucrarea avansată a semnalelor Capitolul 2: Reprezentări rare Bogdan Dumitrescu Facultatea de Automatică şi C

Examenul de bacalaureat 2012

Examenul de bacalaureat 2012

Examenul de bacalaureat 2012

Logică și structuri discrete Relații. Funcții parțiale Marius Minea marius/curs/lsd/ 20 octombrie 2014

Cursul 12 Şiruri recurente în planul complex Vom studia, în continuare, comportarea în raport cu data iniţială a şirurilor definite prin relaţii de re

C:/Users/Lenovo/Dropbox/activitate matematica/cursuri/MS ETTI /msetti.dvi

Capitolul MD. 10 Metoda funcţiilor Liapunov Fie sistemul diferenţial x = f (t, x), t t 0, x D R n. (10.1) Presupunem că x = 0 este punct de echilibru,

UNIVERSITATEA BABEŞ-BOLYAI CLUJ-NAPOCA FACULTATEA DE MATEMATICĂ ŞI INFORMATICĂ Concurs MATE-INFO UBB 6 aprilie 2019 Proba scrisă la MATEMATICĂ NOTĂ IM

Teoria Grafurilor şi Combinatorică recapitulare Principii de numărare Reţineţi că: P (n, r) este numărul de şiruri (sau r-permutări) de forma A 1,...,

Microsoft Word - a5+s1-5.doc

Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Clasa IX 1. O lăcustă face salturi, fiecare salt în linie dreaptă şi de două ori mai lung ca precedentul. Poate vreodată lăcusta să revină în punctul

ETTI-AM2, , M. Joița & A. Niță Notițe de Adrian Manea Seminar 11 Transformarea Laplace Aplicații Transformarea Z Ecuații și sisteme diferenți

SEMNALE ŞI SISTEME CURSUL 2 C.2. SEMNALE ANALOGICE 1.2. Reprezentări ale semnalelor prin diferite forme ale seriei Fourier Seria Fourier trigonometric

1 2 1

02. Analiza matematica 3 - MI 2

Cursul 1 1. Introducere Corpul numerelor complexe Dezvoltarea istorică a gândirii matematice a urmărit îndeaproape evoluţia ideii de număr. Această ev

gaussx.dvi

Autoevaluare curs MN.doc

20 SUBIECTE DE EXAMEN - De fapt, în pofida acestor probleme, până la urmă tot vom logaritma, căci aceasta este tehnica naturală în context. Trebuie do

programa_olimpiada_matematica_IX-XII_

PROGRAMA CONCURSULUI NAŢIONAL

Cursul 10 Fractali de tip Newton Vom prezenta în continuare o nouă modalitate de generare a fractalilor, modalitate care îşi are originea într-o probl

Microsoft Word - 03 Dominica MOISE.doc

C10: Teoria clasică a împrăștierii Considerăm un potențial infinit în interiorul unui domeniu sferic de rază a și o particulă incidentă (Figura 1) la

BAC 2007 Pro Didactica Programa M1 2 Rezolvarea variantei 61 versiune finală Redactia Pro Didactica Suportul pe net:

Limbaje Formale, Automate si Compilatoare

MD.09. Teoria stabilităţii 1

Teoreme cu nume 1. Problema (Năstăsescu IX, p 147, propoziţia 5) Formula lui Chasles Pentru orice puncte M, N şi P avem MN + NP = MP.

Retele Petri si Aplicatii

Microsoft Word - 06-Rosu-Mihaela-RED-TR_Proiect_did_Bunat_toamnei_II_ROM.doc

Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Transcriere:

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 11 INTEGRALA LEBESGUE Cursul 10 Observţi 11.50 Cum m văzut în Teorem 11.46, orice funcţie integrbilă Riemnn e un intervl mărginit [, b] este continuă µ-..t.. Prin urmre, funcţiile cre nu sunt continue µ-..t. e [, b] nu ot fi integrbile Riemnn e cest intervl. Vom răt în continure că cestă roriette crcterizeză integrbilitte Riemnn. În concluzie, continuitte µ-..t. stbileşte grniţ integrbilităţii Riemnn. Teorem 11.51 (Teorem lui Lebesgue de crcterizre integrbilităţii Riemnn) Fie f : [, b] R, o funcţie mărginită. Atunci f R([, b]) dcă şi numi dcă f este continuă µ-..t. Demonstrţie. = : A fost demonstrtă în teorem recedentă. = : Presuunem că funcţi f este continuă µ-..t.. Fie un şir de divizări ( k ) D[, b] stfel încât k k+1, k N şi k 0. Pentru fiecre k N, fie n k = crd( k ) şi {Ei k i 1, n k}, intervlele divizării k. De semene, entru orice i 1, n k, fie m k i = inf f(x) x Ei k şi Mi k = su f(x). x Ei k Fie f şi f, funcţiile socite şirului ( k ). Vom demonstr în continure că entru orice x [, b] în cre f este continuă, vem f(x) = f(x). Fie x [, b] ş încât f este continuă în x. Atunci, entru un ε > 0, există δ > 0 stfel încât De ici, y, z (x δ, x + δ) [, b], obţinem de unde rezultă y (x δ, x + δ) [, b], f(x) f(y) < ε 4. f (y) f (z) f (y) f (x) + f (x) f (z) < ε 4 + ε 4 = ε 2, su y (x δ,x+δ) [,b] f (y) inf f (y) ε y (x δ,x+δ) [,b] 2. Cum k 0, k 0 N stfel încât k k 0, i 1, n k ş încât x E k i (x δ, x + δ), de unde rezultă Deci, f k (x) f k (x) = Mi k m k i su f (y) y (x δ,x+δ) [,b] inf f (y) ε y (x δ,x+δ) [,b] 2. f k (x) f k (x) ε 2, k k 0, de unde, trecând l limită cu k, obţinem f (x) f (x) ε < ε. Cum ε > 0 fost lut rbitrr, rezultă { } 2 f (x) = f (x). Prin urmre vem: x [, b] f (x) f (x) {x [, b] f este discontinuă în x}. Deorece f este continuă µ-..t., µ({x [, b] f este discontinuă în x}) = 0 şi tunci µ( { x [, b] f (x) f (x) } ) = 0, dică f = f µ-..t.. Deorece f şi f sunt măsurbile Lebesgue, din Teorem 11.31 obţinem fdµ = fdµ. Cum k 0, din Prooziţi 11.45(4), [,b] [,b] Atunci, din Teorem 11.42 rezultă că f R([, b]). fdµ = I şi [,b] [,b] fdµ = I şi deci vem I = I. Observţi 11.52 Ţinând sem de teorem de mi sus, funcţii cu o definiţie comlictă, dr cre sunt continue µ-..t., vor fi integrbile Riemnn. În cest cz, integrl lor Riemnn (cre este dificil de clcult direct) v fi determintă clculând integrl Lebesgue. 86

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 11 INTEGRALA LEBESGUE Exerciţiul 11.53 Fie funcţi (lui Riemnn) f : [0, 1] R, definită rin { 0, dcă x = 0 su x [0, 1] \ Q f(x) = 1 n, dcă x [0, 1] Q, x = m n, unde m, n N cu (m, n) = 1. Să se rte că f este continuă µ-..t. şi să se clculeze 1 0 f(x)dx. În continure vom renunţ l condiţi de mărginire intervlului de definiţie l funcţiei. Definiţi 11.54 Fie R şi fie o funcţie f : [, ) R ş încât f R([, b]), b (, ). 1. Vom not cu f(x)dx limit lim f(x)dx. Dcă există numărul b integrl Riemnn funcţiei f e intervlul [, ). 2. Funcţi f se numeşte integrbilă Riemnn e [, ) dcă b f(x)dx R. Mulţime funcţiilor integrbile Riemnn e [, ) se noteză cu R([, )). Observţi 11.55 Dcă f R([, )), tunci f R([, )). f(x)dx R, cest se numeşte Observţi 11.56 Dcă f R([, b]), b (, ), tunci f este măsurbilă Lebesgue e [, ). Într-devăr, cum entru orice n N cu n >, f R([, n]), rezultă că f este continuă µ-..t. e [, n] şi deci este măsurbilă Lebesgue e [, n]. Atunci, entru orice D τ 0, f 1 (D) [, n] M [,n] M. În consecinţă, n>(f 1 (D) [, n]) M şi cum [, ) = n>[, n], rezultă f 1 (D) = (f 1 (D) [, n]) M [, ). n> Teorem 11.57 Fie R şi fie o funcţie f : [, ) [0, ) ş încât f R([, b]), b (, ). Atunci f (x) dx = fdµ. Demonstrţie. Cum m văzut mi sus, f este măsurbilă Lebesgue e [, ) şi deci, din Corolrul 11.20, funcţi ν : M [, ) [0, ], ν (A) = fdµ, este o măsură. A Deorece ν este continuă e şiruri scendente, ir şirul ([, n]) n> este scendent cu lim n [, n] = [, ), obţinem fdµ = ν([, )) = ν(lim[, n]) = lim ν([, n]) = lim fdµ. [, ) n n n [,n] n Dr f R([, n]), n > şi tunci, din Teorem 11.46 rezultă că fdµ = f(x)dx, n >. Deci [, ) fdµ = lim n Pe de ltă rte, întrucât f este nenegtivă, funcţi b lim b b f(x)dx [0, ]. Deci n [, ) n [,n] f(x)dx. b f(x)dx = lim f(x)dx. Prin urmre, n f (x) dx = fdµ. [, ) f(x)dx este crescătore e (, ) şi tunci Corolr 11.58 Fie R şi fie o funcţie f : [, ) [0, ) ş încât f R([, b]), b (, ). Atunci f L([, )) f R([, )). Teorem 11.59 Fie R şi fie o funcţie f : [, ) R ş încât f R([, b]), b (, ). Dcă funcţi f re integrlă Lebesgue e [, ), tunci f (x) dx = fdµ. În lus, f L([, )) f R([, )). [, ) 87

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Demonstrţie. Fie f + şi f, rte ozitivă şi rte negtivă funcţiei f. Deorece f + = 1 2 ( f + f), f = 1 2 ( f f) şi f R([, b]), b (, ), rezultă că f, f +, f b (, ). Atunci, din Teorem 11.57 obţinem: f + (x) dx = f + dµ şi [, ) Întrucât f re integrlă Lebesgue e [, ), rezultă: fdµ = f + dµ f dµ = [, ) [, ) [, ) f (x) dx = f + (x) dx [, ) f dµ. f (x) dx = f (x) dx. R([, b]), Pe de ltă rte, f L([, )) f L([, )) (vezi Teorem 11.26(2)), ir din Corolrul 11.58 obţinem că f L([, )) f R([, )). Prin urmre, f L([, )) f R([, )). Observţi 11.60 Fie R şi fie o funcţie f : [, ) R ş încât f R([, b]), b (, ). Din teorem nterioră şi Observţi 11.55 rezultă că f L([, )) f R([, )). Reciroc cestei firmţii nu este însă devărtă, cum reiese şi din exemlul următor: Exerciţiul 11.61 Fie funcţi f : [0, ) R, definită rin f(x) = Să se rte că f R([0, )), dr f L([0, )). { sin(x) x, dcă x > 0 1, dcă x = 0. 12 Sţii L În cele ce urmeză (, A, µ) este un sţiu cu măsură comletă. Fie [1, ). Definiţi 12.1 O funcţie f : R se numeşte -integrbilă dcă este A-măsurbilă şi f L(). Mulţime funcţiilor -integrbile e o vom not rin L (, A, µ), su rescurtt cu L (). Observţi 12.2 L 1 () = L(). Exemlul 12.3 Considerăm sţiul cu măsură (N, P(N), µ), unde µ : P(N) [0, ] este definită rin { n, entru crd(a) = n µ(a) =, A P(N)., entru crd(a) = ℵ 0 Cum m văzut în Exemlul 11.27, L(N, P(N), µ) = {( n ) R Fie f : N R şi notăm f(n) = n, n N. Atunci N f dµ = şi deci f L (N) {n} n N f dµ = f dµ < {n} f(n) dµ = n < }. n {n} n <. Prin urmre vem: L (N, P(N), µ) = {( n ) R dµ = n µ ({n}) = n n < }. Mulţime L (N, P(N), µ) se numeşte sţiul şirurilor -sumbile şi se notez cu l. Teorem 12.4 L () este un sţiu linir rel. 88

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Demonstrţie. Fie f, g L (). Cum f şi g sunt A-măsurbile, f + g este A-măsurbilă. Deorece f + g ( f + g ) [2 mx ( f, g )] = 2 mx ( f, g ) 2 ( f + g ) şi f, g L(), rezultă 2 ( f + g ) L() şi deci f + g L(). Prin urmre f + g L (). De semene, dcă α R, αf este A-măsurbilă şi cum αf = α f L(), rezultă αf L (). Deci L () este un sţiu linir rel. În continure vom înzestr cest sţiu cu o seminormă. Pentru cest vom demonstr mi întâi câtev ineglităţi, cu scoul finl de demonstr ineglitte triunghiulră. Definiţi 12.5 Două numere, q > 1 se numesc conjugte lgebric dcă 1 + 1 q conjugtul lgebric l lui q, ir q se numeşte conjugtul lgebric l lui. = 1. În cest cz, se numeşte Lem 12.6 (ineglitte lui Young) Fie, q > 1, două numere conjugte lgebric., b [0, ], re loc ineglitte: b + bq q. Atunci, oricre r fi Demonstrţie. Fie, b [0, ]. Dcă b = 0, ineglitte este evidentă. Presuunem deci că > 0 şi b > 0. Dcă + bq =, ineglitte este evidentă. Presuunem că q + bq <. Atunci < şi b <. q Definim funcţiile f : [0, ) [0, ), f(x) = x 1, x [0, ), g : [0, ) [0, ), g(y) = y 1 1, y [0, ). Întrucât g este invers funcţiei f, cest, rorttă l x Oy, v ve celşi grfic cu f (fie cest G f ). Considerăm unctele A(, 0), B(0, b), M(, b) şi P (, f()). Ari domeniului delimitt de x Ox, dretele x = 0 şi x = şi de grficul G f este A 1 = y = b şi de grficul G f este A 2 = 0 b 0 f(x)dx =, ir ri domeniului delimitt de x Oy, dretele y = 0 şi g(y)dy = bq q. Cum observăm din desenul de mi jos, sum celor dou rii este mi mre su eglă cu ri dretunghiului OAMB, dică b. Eglitte re loc când M = P, dică b = f(). Prin urmre vem: + bq q = A 1 + A 2 b. Teorem 12.7 (ineglitte lui Hölder) Fie, q > 1 conjugte lgebric şi fie funcţiile f, g M(, A). Atunci re loc ineglitte ( ( fg dµ f dµ g q q dµ. Dcă în lus f L () şi g L q (), tunci fg L(). 89

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Demonstrţie. Dcă f dµ = 0, tunci f = 0 µ-..t., de unde rezultă că f = 0 µ-..t.. Deci fg = 0 µ-..t. şi deci fg dµ = 0. Prin urmre ineglitte este devărtă. În mod nlog, dcă g q dµ = 0, ineglitte este devărtă. Presuunem în continure că f dµ > 0 şi g q dµ > 0. ( ( Dcă f dµ = su g q dµ =, tunci f dµ g q q dµ = şi deci ineglitte este evidentă. Presuunem că f dµ < şi g q dµ <. Atunci, în ineglitte lui Young considerăm = ( f f dµ şi b = ( g, g q q dµ de unde obţinem ( fg ( f g q +. f dµ g q q dµ f dµ q g q dµ Integrând e cestă ineglitte, rezultă: 1 ( ( 1 fg dµ f dµ g q q dµ f dµ f 1 dµ + q g q dµ g q dµ = 1 + 1 q = 1. În consecinţă, ( fg dµ ( f dµ g q q dµ. ( ( L() şi deci f dµ g q q dµ Dcă f L () şi g L q (), tunci f, g q ineglitte lui Hölder obţinem fg dµ <, de unde deducem că fg L(). <. Din Exemlul 12.8 Fie, q > 1 conjugte lgebric şi fie două şiruri de numere rele ( n ) şi (b n ). Considerăm funcţiile socite f : N R, f(n) = n, n N şi g : N R, g(n) = b n, n N. Folosind observţiile din Exemlul 12.3, ineglitte lui Hölder devine n b n = N ( fg dµ f dµ N ( N g q q dµ Pentru = q = 2 obţinem ineglitte lui Cuchy-Bunikovski-Schwrz: ( ( = n ( ( 2 2 n b n n 2 b n 2. Pentru n = b n = 0, n > m, se obţin vrintele cestor ineglităţi în czul finit. b n q q. Teorem 12.9 (ineglitte lui Minkowski) Fie 1 şi fie funcţiile f, g M(, A) ş încât f + g este bine definită. Atunci re loc ineglitte ( ( ( f + g dµ f dµ + g dµ. Demonstrţie. Dcă = 1, tunci f + g f + g, de unde rezultă f + g dµ f dµ + g dµ. 90

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Deci ineglitte este devărtă. Presuunem în continure că > 1. Dcă f + g dµ = 0, ineglitte este evidentă. Presuunem că f + g dµ > 0. ( ( ( Dcă f dµ + g dµ =, ineglitte este evidentă. Presuunem tunci că f dµ + ( g dµ <, dică f dµ < şi g dµ <. Prin urmre f, g L () şi tunci, din Teorem 12.4, f + g L (). Deci f + g dµ <. Are loc ineglitte: f + g dµ = Fie q = f + g f + g 1 dµ f f + g 1 dµ + g f + g 1 dµ. (117) 1, conjugtul lgebric l lui. Alicând ineglitte lui Hölder funcţiilor f şi f + g 1, obţinem: ( f f + g 1 dµ ( ( ( f dµ f + g ( 1)q q dµ = f dµ f + g q dµ. (118) Alicând ineglitte lui Hölder funcţiilor g şi f + g 1, obţinem: ( g f + g 1 dµ ( ( ( g dµ f + g ( 1)q q dµ = g dµ f + g q dµ. (119) Folosind în (117) ineglităţile (118) şi (119), rezultă [ ( ( ] f + g dµ f dµ + g ( dµ f + g q dµ, ( e cre o înmulţim cu ( f + g dµ ) 1 f + g q dµ (0, ) şi obţinem = ( 1 ( ( f + g q dµ f dµ + g dµ. ( Teorem 12.10 Fie 1 şi fie funcţi : L () [0, ), f = f dµ, f L (). este o seminormă e L (), dică re următorele rorietăţi: 1. αf = α f, α R, f L (), 2. f + g f + g, f, g L () (numită ineglitte triunghiulră). Demonstrţie. Pentru orice f L (), f dµ [0, ) şi deci funcţi este bine definită. ( ( 1. Fie α R şi f L (). Atunci αf = αf dµ = α f dµ = α f. 2. Fie f, g L (). Din ineglitte lui Minkowski obţinem ( f + g = ( ( f + g dµ f dµ + g dµ = f + g. Observţi 12.11 f = 0 f dµ = 0 f = 0 µ-..t. Din observţi de mi sus deducem că în generl nu este o normă. Există însă situţii în cre cest este normă, dică, e lângă rorietăţile seminormei mi re şi roriette f = 0 f = 0. 91

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Exemlul 12.12 Fie (N, P(N), µ), sţiul cu măsură considert în Exemlul 12.3 şi fie l = L (N, P(N), µ). Cum µ(a) = 0 A =, rezultă că o funcţie f : N R este nulă µ-roe este tot dcă şi numi dcă f este nulă este tot. Prin urmre, funcţi este o normă e l. Din observţiile făcute în Exemlul 12.3, entru orice şir ( n ) l, vem ( ( n ) = n. Observţi 12.13 Seminorm ote fi rivită c o normă dcă identificăm funcţiile egle µ-..t.. sens, entru orice f, g L () definim relţi În cest f g f = g µ-..t. este o relţie de echivlenţă e L (). Astfel, entru orice f L () considerăm f = {g L () g f}, cls de echivlenţă funcţiei f în rort cu. Fie L (, A, µ) mulţime fctor socită relţiei, dică { } L (, A, µ) = f f L (). Când nu există ericol de confuzie, vom not cest sţiu cu L (). Exerciţiul 12.14 1. Definim oerţiile + : L () L () L (), f + ĝ = f + g, f, ĝ L (), : R L () L (), α f = α f, α R, f L (). Funcţiile + şi sunt bine definite şi (L (), +, ) este un sţiu linir rel. 2. Fie funcţi : L () [0, ), definită rin f = f, f L (). este bine definită şi este o normă e L (). Observţi 12.15 Din exerciţiul de mi sus deducem că (L (), ) este un sţiu linir normt. Definiţi 12.16 Fie un şir (f n ) L () şi fie f L (). 1. Sunem că şirul (f n ) converge în medie de ordinul l funcţi f, şi notăm cu f n f, dcă fn f 0. 2. Sunem că şirul (f n ) converge în medie de ordinul dcă există o funcţie f L () stfel încât f n f. 3. Sunem că şirul (f n ) este fundmentl în medie de ordinul dcă ε > 0, n ε N stfel încât m, n n ε, f m f n < ε. Observţi 12.17 Deorece în generl nu este o normă, şirurile convergente în medie de ordinul nu u limită unică. Fie un şir (f n ) L () şi fie f, g L () stfel încât f n f şi fn g. Atunci vem Prin urmre f g = 0 şi deci f = g µ-..t.. f g f f n + f n g 0. Teorem 12.18 Un şir (f n ) L () este convergent în medie de ordinul dcă şi numi dcă (f n ) este fundmentl în medie de ordinul. Demonstrţie. Fie un şir (f n ) L (). : Dcă (f n ) converge în medie de ordinul, tunci există o funcţie f L () stfel încât f n f şi deci, entru un ε > 0, există n ε ş încât n n ε, f n f < ε 2. Atunci, m, n n ε vem f m f < ε 2 şi f n f < ε 2 şi ţinând sem că stisfce ineglitte triunghiulră, obţinem f m f n f m f + f f n < ε 2 + ε 2 = ε. Deci, ε > 0, n ε N ş încât m, n n ε, f m f n < ε, dică şirul este fundmentl în medie de ordinul. 92

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P : Presuunem că şirul (f n ) este fundmentl în medie de ordinul. Atunci ε > 0, n ε N stfel încât m, n n ε, f m f n < ε. (120) Fie n 0 = 0. Pentru fiecre k N, luând în (120) ε = 1 2 k, există n k > n k 1 stfel încât Cum şirul (n k ) k N este crescător, din (121) rezultă Pentru fiecre j N, considerăm funcţi m, n n k, f m f n < 1 2 k. (121) f nk+1 f nk < 1 2 k, k N. (122) g j = j f nk+1 f nk. Întrucât şirul (g j ) j N este crescător, este bine definită funcţi g = lim j g j = fnk+1 f nk. Atunci g este A-măsurbilă, ir din (122) obţinem g j j fnk+1 f nk < Alicând Teorem Lebesgue-Beo-Levi (Teorem 11.15) şirului ( g j ), rezultă g dµ = j 1 2 k = 1 1 < 1. Deci 2j g j < 1, j N. (123) lim j g j dµ = lim g j dµ = lim g j (123) j j 1. Atunci g L() şi deci g este finită µ-..t.. Prin urmre, seri f n0 + µ-..t.. Fie mulţime A = { x f n0 (x) + (f nk+1 f nk ) este bsolut convergentă } (f nk+1 (x) f nk (x)) este convergentă şi fie funcţi f : R, definită rin f n0 (x) + (f nk+1 (x) f nk (x)), dcă x A f(x) =. 0, dcă x A Rezultă că f n0 + (f nk+1 f nk ) = f µ-..t. şi cum seri f n0 + (f nk+1 f nk ) este telescoică, deducem că f nk µ..t. f. Arătăm în continure că şirul (f n ) converge în medie de ordinul l funcţi f. Deorece (f n ) este fundmentl în medie de ordinul, entru un ε > 0, există n ε N stfel încât Fie un m n ε. Cum f f m = lim f n k f m µ-..t., vem f f m = lim inf k k Ftou şirului ( f nk f m ) k N, obţinem: f f m dµ = lim inf k n, m n ε, f n f m < ε 2. (124) f n k f m dµ lim inf k 93 f n k f m µ-..t., şi licând Lem lui f nk f m dµ = lim inf f n k f m (124) k ε 2.

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Deci f f m dµ <, dică f f m L () şi cum f m L (), obţinem f = (f f m ) + f m L (). De semene vem f f m ε < ε şi deci 2 ε > 0, n ε N stfel încât m n ε, f f m < ε, dică f n f. Corolr 12.19 indusă de norm ). ) (L (), este un sţiu Bnch (dică este un sţiu metric comlet în rort cu metric Observţi 12.20 Mi mult, sţiul (L 2 (), 2 ) re o structură de sţiu Hilbert, dică este un sţiu Bnch şi există un rodus sclr <, >: L 2 () L 2 () R ş încât f = < f, f >, f L 2 (). 2 Produsul sclr este definit rin < f, ĝ >= fgdµ, f, ĝ L 2 (). Remintim că un rodus sclr, e un sţiu linir rel, este o licţie <, >: R cu următorele rorietăţi: 1. < x, x > 0, x şi < x, x >= 0 x = 0, 2. < x, y >=< y, x >, x, y, 3. < αx + βy, z >= α < x, z > +β < y, z >, x, y, z, α, β R. În continure vom comr convergenţ în medie de ordinul cu celellte tiuri de convergenţă. Exerciţiul 12.21 Fie 1 şi fie intervlul [0, 1] înzestrt cu măsur Lebesgue. Pentru orice n N definim funcţi f n : [0, 1] [0, ), f n (x) = n 3 2 x e n 2 x 2, x [0, 1] şi fie f : [0, 1] [0, ), f(x) = 0, x [0, 1]. Să se rte că f n f, dr f n f. [0,1] Exerciţiul 12.22 Fie 1 şi fie intervlul [0, 1] înzestrt cu măsur Lebesgue. Pentru orice k N şi orice i 1, k, fie mulţime Ei k = [ i 1 k, i k ] şi funcţi f (k 1)k <k,i> = χ E k i, unde < k, i >= + i. De semene, fie 2 funcţi f : [0, 1] [0, ), f(x) = 0, x [0, 1]. Să se rte că f n f, dr fn f. [0,1] Observţi 12.23 Din exemlele de mi sus deducem că între convergenţ unctulă şi convergenţ în medie de ordinul e sţiul L () nu există nici o legătură, chir dcă măsur sţiului este finită. Exerciţiul 12.24 Presuunem µ() < şi fie f, f n L (), n N. Dcă f n u f, tunci f n f. Observţi 12.25 Dcă măsur sţiului este infinită, rezulttul de mi sus nu se mi ăstreză. considerăm următorul exemlu: În cest sens Exerciţiul 12.26 Fie intervlul [1, ) înzestrt cu măsur Lebesgue şi fie un 1. definim funcţi f n : [1, ) R rin { x 2 + n 1, dcă x [1, n] f n (x) = x. 2, dcă x (n, ) Pentru orice n N De semene, definim funcţi f : [1, ) R, f(x) = x 2, x 1. Să se rte că fn Teorem 12.27 Fie f, f n L µ (), n N. Dcă f n f, tunci fn f. u f, dr f n f. [1, ) 94

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Demonstrţie. Fie un ε > 0. Pentru orice n N considerăm mulţime A n,ε = {x f n (x) f(x) ε}. Atunci vem f n f = f n f dµ f n f dµ A n,ε ε dµ = ε µ(a n,ε ) A n,ε şi cum f n f 0, rezultă lim µ(a µ n,ε) = 0. Deci f n f. n Observţi 12.28 Fie (f n ) şirul din Exerciţiul 12.21. Deorece µ([0, 1]) = 1 < şi f n [0,1] 0, din Teorem lui.u. µ Egorov (Teorem 9.17) rezultă că f n 0 şi deci f n 0. Cum f n 0, deducem că, în L (), convergenţ în măsură nu determină convergenţ în medie de ordinul. Cu condiţii sulimentre sur şirului, convergenţ în măsură determină convergenţ în medie de ordinul, cum reiese din exerciţiul următor. Exerciţiul 12.29 Fie f, f n L (), n N. Dcă există g L () ş încât f n g, n N şi f n µ f, tunci f n f. Teorem 12.30 Presuunem µ() < şi fie 1 < q <. Atunci L q () L () şi ) (τ τ q. L q () Demonstrţie. Alicând ineglitte lui Hölder funcţiilor f şi 1, cu numerele conjugte lgebric q şi obţinem: ( ) ( ) q ( ) f dµ ( f ) q q q dµ dµ = f q q q dµ (µ()) q, de unde, rin ridicre l utere 1 rezultă ( Dcă f L q (), tunci ( q q, ( f dµ f q q q dµ (µ()) q. (125) ( f q q dµ < şi cum µ() <, din ineglitte de mi sus obţinem dică f L (). Deci L q () L (). Atunci ineglitte (125) se rescrie stfel: f (µ()) q q f q, f L q (), de unde rezultă că τ q (vezi [7], g. 66). (τ ) f dµ <, L q () Observţi 12.31 În generl, în condiţiile teoremei nteriore, incluziune Lq () L () este strictă. În cest sens, considerăm următorul exemlu: Exerciţiul 12.32 Fie 1 şi fie intervlul (0, 1 2 ] înzestrt cu măsur Lebesgue. Definim funcţi f : (0, 1 2 ] R rin f(x) = x 1 (ln x) 2, x (0, 1 2 ]. Să se rte că f L ((0, 1 2 ]), dr f Lq ((0, 1 2 ]), entru orice q >. Observţi 12.33 De semene, dcă măsur sţiului nu este finită, rezulttul Teoremei 12.30 nu se mi ăstreză. Exerciţiul 12.34 Fie intervlul (0, ) înzestrt cu măsur Lebesgue. Definim funcţi f : (0, ) R rin f(x) = x 1 2 (1 + ln x ) 1, x (0, ). Să se rte că f L 2 ((0, )), dr f L ((0, )), entru orice 1 cu 2. Observţi 12.35 Mi mult, există exemle de sţii cu măsură infinită în cre 1 < q L () L q (). În cest sens, considerăm următorul exemlu: Exerciţiul 12.36 Fie sţiul cu măsură (N, P(N), µ), din Exemlul 12.3. Notăm cu c 0 = {( n ) R n 0} şi fie funcţi u : c 0 [0, ), ( n ) u = su n. Să se rte că n N 1. 1 < q < l l q c 0, 2. c 0 este un sţiu linir rel şi u este o normă e c 0. 3. Pentru orice 1, mulţime l este densă în sţiul normt (c 0, u ). 95

D.Rusu, Teori măsurii şi integrl Lebesgue 12 SPAŢII L P Observţi 12.37 Să considerăm din nou sţiul (N, P(N), µ) şi fcem următorele notţii: s = {( n ) ( n ) este un şir de numere rele}, m = {( n ) s ( n ) este mărginit}, c = {( n ) s ( n ) este convergent}, R = {( n ) s n N stfel încât m = 0, m > n}, R n = {( n ) s m = 0, m > n}, unde n N. Atunci, entru 1 < < q vem R n R l 1 l l q c 0 c m s şi tote ceste mulţimi u structură de sţiu linir rel. Prin urmre, tât u cât şi normele ot fi considerte şi e R n. În cest cz, 2 se numeşte norm euclidină. Cum R n este un sţiu linir finit dimensionl (de dimensiune eglă cu n), orice două norme e R n sunt echivlente şi deci, tote normele definite e cest sţiu vor gener ceeşi toologie (vezi [7], g. 91). Din unct de vedere geometric, însă, bilele generte de fiecre dintre ceste norme vor ve forme diferite. Exerciţiul 12.38 Pe sţiul R 2, să se rerezinte grfic bil închisă centrtă în origine şi cu rz r > 0, reltiv l normele ( 1) şi u. 96