測度論

簡單函數

簡單函數是測度論中樓梯的對應物:它只取有限多個不同的值,且在每一段常值之上都坐落於一個可測集之上。可以想像一個函數,其圖像是幾塊高度不同的平台,每塊平台底下的地板都是一個可測集。簡單函數被有意設計為最易於積分的函數。

確切地說,測度空間上的可測函數 s 稱為簡單函數,若其值域是有限個值 c_1, ..., c_n,分別在劃分整個空間的可測集 E_1, ..., E_n 上取得。標準表示把 s 寫成 sum 關於 k 的 c_k 乘以 E_k 的特徵函數。這種簡單函數的積分(當各 c_k 非負時)就是 sum 關於 k 的 c_k 乘以 mu(E_k)——一個有限的測度加權和,完全沒有任何取極限的過程。

簡單函數是整個勒貝格積分的構件。關鍵的逼近定理斷言:每個非負可測函數都是一列遞增的非負簡單函數的逐點極限;於是人們把一般函數的積分定義為其下方各簡單函數積分之上確界。所以,簡單函數雖看似幾乎平凡,卻恰是用以裝配出這套強大理論的初等部件。

在 [0, 3] 上,定義 s(x) = 2(當 x 屬於 [0, 1))、s(x) = 5(當 x 屬於 [1, 2))、s(x) = 0(當 x 屬於 [2, 3])。則 s 是簡單函數,其積分為 2 乘 1 + 5 乘 1 + 0 乘 1 = 7,不過是各長度的加權和。

有限多個高度立於可測的地板之上;積分是一個有限和。

須留意名稱的混淆:簡單函數未必是初等意義下的階梯函數。階梯函數在區間上為常值;簡單函數在可測集上為常值,而可測集可以複雜得多——例如有理數的特徵函數是簡單函數,卻不是階梯函數。

又稱
step-like measurable function可测阶梯型函数可測階梯型函數