Общие меры и пространства Лебега : значение идей Лебега для функционального анализа
[9/0%]Докажите, что тройки , приведённые в примерах 4 и 6 в начале раздела 6, действительно являются пространствами с мерой. Для меры из примера 3 покажите, что
всякий раз, когда из следует .
Для можно определить пространство и так же, как мы это делали для . Докажите, приведя подходящий пример, что не удовлетворяет неравенству треугольника и, следовательно, не является нормой.
Докажите, как намечено в тексте, что
для и сопряжённых по Гёльдеру показателей и с .
Докажите, что
для и . (Это равенство используется в доказательстве теоремы 3.19.)
Докажите, что с нормой является нормированным линейным пространством.
В этом упражнении вы исследуете соотношения между различными пространствами .
Пусть . Рассмотрим меру Лебега на . Постройте примеры, показывающие, что не выполняется ни , ни .
Далее, предположим, что . Покажите, что . (Это верно для любого пространства с мерой .)
Теперь предположим, что — пространство с конечной мерой, то есть измеримо и . Докажите, что при , и приведите пример, показывающий, что это включение собственное. Теперь докажите, что
всякий раз, когда — вероятностная мера.
Докажите, что при , и приведите пример, показывающий, что это включение собственное. Теперь докажите, что
Покажите, что для каждой выполняется почти всюду.
Пусть — промежуток в .
Предположим, что . Докажите, что плотно в , если замкнут и ограничен.
Теперь откажемся от предположения, что замкнут и ограничен. Разумеется, нельзя ожидать, что плотно в , поскольку оно даже не содержится в нём. Определим «непрерывные функции с компактным носителем» на как
Множество часто называют «носителем» функции . Снова предположим, что . Докажите, что плотно в . (Заметьте, что этот результат включает в себя результат пункта (a).)
Докажите, что не плотно в .
(Результаты упражнения 8 дают альтернативное доказательство теоремы 4.7 и способ определить , не зависящий от теории меры. См. абзац, следующий за доказательством теоремы 4.7.)
Цель этого упражнения — показать, что норма на при не порождается скалярным произведением. Начнём с рассмотрения с мерой Лебега. Положим и .
Покажите, что
Используя пункт (a), покажите, что равенство параллелограмма утверждает, что
Убедитесь, что это равенство выполняется при .
Докажите, что равенство параллелограмма не выполняется при значениях . Указание: покажите, что функция строго убывает по и, следовательно, принимает значение нуль не более чем при одном значении .
Измените функции, заданные в пункте (a), чтобы доказать результат для , где — произвольный промежуток, ограниченный или неограниченный, в .