測度論

可測函數

可測函數是與測量機制相容的函數:每當你問「哪些輸入使輸出落在這塊區域裡?」,答案總是一個你被允許測量的集合。換言之,該函數絕不會把一個好的目標集拉回成一團不可測的亂麻。正是這種相容性,恰是積分這個函數所需的條件。

形式地說,設 (X, A) 與 (Y, B) 為可測空間。函數 f 從 X 到 Y 稱為可測,若 B 中每個集合的原像都落在 A 中:對一切 B 屬於 B,f 的逆像 f-inverse(B) 屬於 A。對實值函數,取 B 為博雷爾西格瑪代數,一個便捷的等價檢驗是:{x : f(x) 大於 a} 對每個實數 a 都可測。R 上的連續函數自動是博雷爾可測的。

可測性遠比連續性弱——劇烈不連續的函數仍可能可測——但它在分析運算下穩健:可測函數的和、積、上確界、下確界、上極限、下極限以及逐點極限仍是可測的。這種對逐點極限的封閉性(連續性恰恰嚴重欠缺),正是可測函數成為積分與極限定理之恰當類別的原因。

任一可測集 E 的特徵函數(在 E 上取 1、E 外取 0)是可測的,因為 {x : 1_E(x) 大於 a} 依 a 的不同恰為空集、E 或整個 X 之一。同樣,逐點收斂的可測函數列之極限仍可測。

可測函數對逐點極限封閉——這與連續函數不同。

「可測集的原像可測」這一日常口號,呼應了連續性的拓撲定義(「開集的原像是開集」)。可測性之於西格瑪代數,正如連續性之於拓撲。