分析学词条:拉东测度
字数 976 2025-11-05 08:31:36
分析学词条:拉东测度
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从点质量到分布:测度概念的物理直观
测度是长度、面积、体积等概念的数学抽象。在实直线上,勒贝格测度对应区间的长度。但有时我们需要描述“质量”或“电荷”在空间中的分布。例如,在原点放置一个单位质量,其测度在原点处为1,其他地方为0(狄拉克测度)。拉东测度正是这种“质量分布”的严格数学表述,它定义在拓扑空间(如Rⁿ)的某个σ-代数(通常取博雷尔集)上,满足可数可加性,且对紧集有限。 -
正则性:拉东测度的本质特征
拉东测度的关键性质是正则性。设μ是拓扑空间X上的博雷尔测度:- 内正则性:对任意博雷尔集E,μ(E) = sup{μ(K) | K ⊆ E, K紧致}。
- 外正则性:对任意博雷尔集E,μ(E) = inf{μ(U) | E ⊆ U, U开集}。
正则性意味着测度可由紧集从内部逼近、开集从外部逼近。在局部紧豪斯多夫空间(如Rⁿ)上,有限博雷尔测度自动是拉东测度。
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拉东测度的函数表示:里斯表示定理
在局部紧豪斯多夫空间X上,拉东测度与正线性泛函一一对应。里斯表示定理断言:X上任意正线性泛函Λ: C_c(X) → R(C_c为紧支集连续函数空间)可表示为:
Λ(f) = ∫_X f dμ,
其中μ是唯一的拉东测度。这建立了泛函分析与测度论的联系,允许我们用测度来研究泛函。 -
拉东-尼科迪姆定理的推广:绝对连续性
若μ, ν为拉东测度,称ν关于μ绝对连续(记ν ≪ μ),若μ(E)=0蕴含ν(E)=0。拉东-尼科迪姆定理保证存在唯一函数f ∈ L¹_loc(μ)(局部可积),使dν = f dμ。函数f称为拉东-尼科迪姆导数,记dν/dμ。 -
拉东测度的收敛性:弱收敛与淡收敛
拉东测度序列{μ_n}的收敛方式有:- 弱收敛:对任意有界连续函数f,∫ f dμ_n → ∫ f dμ。
- 淡收敛:对任意紧支集连续函数f(或趋于0的连续函数),∫ f dμ_n → ∫ f dμ。
淡收敛弱于弱收敛,在非紧空间更常用。紧性定理(Prokhorov定理)给出了弱收敛拓扑下相对紧集的刻画。
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应用:概率论与偏微分方程
在概率论中,概率测度是总质量为1的拉东测度,弱收敛对应分布收敛。在偏微分方程中,拉东测度可描述解的正则性(如测度值解)。此外,在几何测度论中,拉东测度用于研究曲面和变分问题。