Riemann 積分與 Lebesgue 積分的聯絡與差異分別是什麼?

時間 2021-05-12 06:22:52

1樓:

都是給一疊錢,需要你數:

黎曼積分是拿起錢直接數一共多少錢

勒貝格積分是先把錢分類,一塊,五塊,十塊,二十五十一百分好,然後再數每種有幾張

2樓:諾特環上的素理想

分析渣渣來強答一下。

我覺得是完備性。

學過實分析的同學都知道Lebesgue積分保證了:

和 是完備內積空間(Hilbert空間)。至於完備性的意義,我覺得很重要的一點是,它保證了這兩個空間是同構的。而切入點就是Fourier展開。

設 是的一組標準正交基, 可以寫成 的線性組合: ,其中 。這裡等號的意思是在Hilbert範數的意義下收斂。具體細節可以參考

跳跳的皮卡丘:從實分析的觀點看Fourier級數

或者任何一本泛函分析教材(值得指出的是,這裡收斂的證明已經用到了 的完備性,但我更希望通過下面的角度來闡述)。進一步的,由上面文章的定理4(Parseval等式)得: 。

因此, 。

總結一下,我們得到了 到 的乙個線性變換

由Parseval等式知這個變換是保長度,因此它是乙個酉變換。

那麼我們自然就會問: 是否為同構?

單射是因為 是一組標準正交基,Fourier展開是唯一的。所以我們只需考慮它何時為滿射,或者說,以 為係數的求和式什麼時候在 中收斂?

記 ,則 n" eeimg="1"/>時, 。這是有限和,因此由於 的定義知

,故 是Cauchy列。

如果說 是完備的(我認為Lebesgue積分的關鍵在於此),那麼 在 中收斂於 。故 是滿射,從而是同構。

綜上,從代數的角度看,研究平方可積函式就轉換為研究Fourier係數。顯然,研究後者會方便很多。

3樓:「已登出」

4樓:阿門

學習新知識,如果老師教不了你,那麼去上課就是無用的,因為學習新知識是思考在時間上的積累,如果去上課 ,會使思考幾乎時時刻刻被打斷,那樣就不可積了。

但是複習則不一樣,複習是勒貝格式的積累,被打斷的時間不會影響你思考,只會影響你的閱讀速度,所以複習是回顧每一塊知識點在所需時間上的積累。

所以會預習的人,一定懂得如何複習。

科研也是一種黎曼式積累,它需要的是連續的時間去幹一件事。

只可意會,亦可言傳

5樓:

話說上學期選課選了實變,感覺跟方向相關重疊的知識很少..所以寫個回答做個記錄吧 ( )

就一維情形有限區間[a,b]上的函式的R積分和L積分進行比較(結論+例子+一點分析),L積分主要有三個優點:

1.L積分比R積分有更廣的可積函式範圍。

例子是熟悉的Dirichlet函式D(x),黎曼積分意義下不可積(∵上和積分等於1,下和積分等於0),但因D(x)=0,a.e,故勒貝格積分意義下可積。

此外有定理:有限區間上的函式如果R可積,則必定L可積,且積分值相等。

但是廣義的Riemann積分(無界函式或無窮區間上的積分)和Lebesgue積分無直接關係。比如f(x)=sin(x)/x,在[0,+∞]上的廣義R積分為1/(2π),但因|f(x)|在[0,+∞]上的積分不是有限數,從而L([0,+∞])。

2.某些極限過程,比如關於積分列求極限時,L積分比R積分優越性體現在:R積分經常要求函式列一致收斂才有極限與積分號可以交換順序,對於L積分,有極限與積分號交換順序只要求Lebesgue控制收斂定理。

舉例說明,把[0,1]中的有理點排列成 ,定義函式列: ,則 處處收斂於 , 且 對 成立,由Lebesgue控制收斂定理知 :。但是儘管有 , R積分意義下不可積。

3. 關於微積分基本定理,在R積分意義下要求f(x)有連續導數(或者減弱條件也要求f'(x)R可積),而在L積分意義下,只要求f'(x)L可積

此外,由L可積函式可以引入絕對連續函式的概念,它除了相差乙個常數外,與它的導函式的不定積分相等(不作展開了)。

6樓:嚴民

Lebesgue 積分可以用多種方法構造,不一定按值域分割。注意是構造,不是定義。

Lebesgue 積分的精髓就是測度,由此精髓出發也可以不按值域分割構造Lebesgue 積分。

Riemann 積分是用有限方法構造的測度(Jordan測度),Lebesgue 積分是用可數無限方法構造的測度。因為極限是可數無限的,Lebesgue 積分的極限性質(有界收斂定理,單調收斂定理,Fatou引理)遠遠好過Riemann 積分。Riemann 積分有缺陷,Lebesgue 積分是Riemann 積分的完善。

7樓:

我們教授再三強調,勒貝格積分和黎曼積分的區別僅僅在於:黎曼積分把區間分成有限段,而勒貝格積分允許可數無限。

黎曼積分的定義:如果對於某個 ,對任意的 0" eeimg="1"/>都存在 0" eeimg="1"/>,使得對任意的 (其中 )和任意的 都有 ,那麼 在 上黎曼可積,積分為 。

它等價於下面這個看上去稍微複雜的定義:如果對於某個 ,對任意的 0" eeimg="1"/>都存在 ,使得對任意的 (其中 包含在某個 中)和任意的 都有 ,那麼 在 上黎曼可積,積分為 。等價性大致可以看出來(把所有的分點都標上)。

勒貝格積分的定義:如果對於某個 ,對任意的 0" eeimg="1"/>都存在 上的乙個勒貝格可測的分法(即存在可數多個勒貝格可測的集合 ,互相不交,並起來是 ),使得對於任何比它更細的分法(對應集合 (總是包含於某個 中)和樣本點 ),都有 ,那麼 在 上勒貝格可積,積分為 。(這個定義不如上面「橫切」的那個常見,不過二者是等價的。

)容易發現,把勒貝格積分中的這些 、改成有限個,從可測集合變成區間,那麼勒貝格積分就變成了黎曼積分。

為什麼不像黎曼積分的(傳統)定義一樣只涉及乙個分法?回想數列極限的定義:如果對於某個 ,對任意的 0" eeimg="1"/>都存在 ,使得對任意的 N" eeimg="1"/>都有 ,那麼 的極限是 。

所以勒貝格積分本質是極限,細的分法比粗的分法」大「(此事可以嚴格定義,見維基百科」directed set「頁)。黎曼積分的定義當然也可以這麼寫,不過由於區間總數有限,兩個分法對黎曼積分來說多此一舉。

抽象的測度空間上不再有區間的概念,所以區間要被換成可測集合。至於有限個還是無限個,可測集合天生允許無限並,想回有限也不可能了,所以勒貝格積分自然成了抽象空間上積分的首選。抽象空間上也沒有序的概念,所以誰先加誰後加是不一定的,只有絕對收斂才有良好定義(條件收斂的級數可通過重排收斂到任意值或乾脆發散)。

於是勒貝格積分沒有條件收斂這一說。對於抽象空間來說這不是壞事。

關於反常積分(可能無界,積分的範圍 可能測度無限,比如實數軸)。黎曼說:把 、取極限即得反常積分(等價於什麼可以自行寫出並證明);勒貝格說:

如果對於某個 ,對任意的 0" eeimg="1"/>都存在正數 和測度有限的集合 ,使得對於任何比 還大的 和比 還大的測度有限的集合 (當然 不能比 還大),都有 ( 即把 掐頭去尾,大於 的部分和小於 的部分換成 和 。注意 我們是會算的),那麼 在 上積分為 。發現沒有,反常積分的定義又是個極限:

掐頭去尾更少、積分範圍更廣代表更「大」。黎曼要求 始終是區間,因為他不支援任意可測集合;黎曼也不敢掐頭去尾,因為 大於 的部分可能長得很奇怪(不是有限個區間的並)。你看「有限」和「區間」真的是黎曼積分的硬傷。

關於廣義的極限再說兩句:數學總是重複自身,大一學的東西(比如極限)在大三大四和研究生時期變個模樣再次出現(比如黎曼積分、勒貝格積分、拓撲、直極限)。以不變應萬變才不致迷失方向。

關於極限的內容可參看Kelley的General Topology。

8樓:何子揚

好像是什麼定理吧,告訴我們Riemann可積本質取決於不連續點是零測集,然而不連續點是零測集顯然是可測函式,那麼基本上就是勒貝格可積的。

反過來,lbg可積本質上只依賴於函式可測,也就是水平集的某種正則性,那麼像dilichlet函式這種從水平集層次來看很簡單的函式自然是lbg可積的,但是當然不是黎曼可積的。

怎麼理解乙個積分呢,積分就是從函式空間到某個域的運算元,你自然要去理解定義域長什麼樣,值域是不是滿的,還有就是這個積分怎麼定義出來的。

9樓:

講一講聯絡好了。。。

大前提:在閉區間[a,b]中,

①非負連續的實值函式F1(x)

則∫(L)F1(x)dx=∫(R)F1(x)dx②函式F2(x),若F2的正部和負部為非負連續的函式,則∫(L)F2(x)dx=∫(R)F2(x)dx③若其中F3(x)R-可積,則必定L-可積。

且∫(L)F3(x)dx=∫(R)F3(x)dx④若F4(x)有界,R-可積,則若f∈L(R),且廣義∫f(x)dx絕對收斂,

則∫(L)F4(x)dx=∫(R)F4(x)dx

10樓:

定理:區間[a,b]上的有界函式f黎曼可積當且僅當f的不連續點是零測集。

它有乙個簡單的推論:

對於區間[a,b]的子集E的示性函式XE,黎曼可積當且僅當E的邊界點是零測集,勒貝格可積當且僅當E可測。

積分給人最直觀感受就是求面積,上面這個推論說的就是,勒貝格比黎曼能求出更多的形如E×[0,1]這樣的圖形的面積。

11樓:

不連續點的個數為至多可數時,黎曼可積。在有限區間上勒貝格積分和黎曼積分是可以劃等號的。

在無限區間上,就變為了廣義黎曼積分。存在黎曼可積但是勒貝格不可積的函式,這是對廣義黎曼積分而言。這時函式廣義黎曼可積但函式的絕對值不一定可積;函式勒貝格可積等價於函式的絕對值勒貝格可積。

12樓:姚金鈴

一般情況下,黎曼積分和勒貝格積分是等價的,但是有些情況是勒貝格可積而黎曼不可積的,例如著名的狄利克雷函式,積分值為0,因為有理數是可數的。這個每一本實變的書都會講到這個

13樓:yuyu

Riemann積分的定義是從逐段常值函式開始的(這是最簡單的情形),而Lebesgue積分用更一般的函式——簡單函式代替了逐段常值函式。對於乙個函式,簡單函式比逐段常值函式逼近得更細緻,這使得Lebesgue積分可以處理更多的函式。至於按定義域分割,還是按值域分割,這是無關緊要的。

這裡簡單回顧一下Riemann積分和Lebesgue積分的定義,以一維的情形為例。

----Riemann積分----

設是有界區間,乙個逐段常值函式是有限個的子區間的指示函式

的線性組合

這裡是自然數,是實數。

如果是乙個逐段常值函式,我們定義的逐段常值積分

這裡表示區間的長度。(即對於)

設是有界函式,我們定義在上的下Riemann積分

在上的上Riemann積分

很明顯,,如果這兩個數相等,我們就說是Riemann可積的,並且定義在上的Riemann積分

。----Lebesgue積分----

乙個簡單函式是有限個可測集合的指示函式的線性組合

這裡是自然數,是實數。乙個非負簡單函式的定義是類似的,但在中取值而不是在中。

如果是乙個非負簡單函式,積分定義為

因此在中取值。

設是非負函式(不必可測),我們定義的下Lebesgue積分

我們也可以定義的上Lebesgue積分

但我們很少使用這個積分,注意這兩個積分都在中取值,並且上Lebesgue積分大於或等於下Lebesgue積分。

如果是可測的,我們定義的Lebesgue積分等於它的下Lebesgue積分。(對於不可測的函式,我們不定義它的Lebesgue積分)

乙個可測函式說是絕對可積的如果積分

是有限的。如果是絕對可積的,我們定義的Lebesgue積分

這裡是的正部和負部。

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