测度论

勒贝格外测度

勒贝格外测度是一份具体的配方,用以求覆盖一个集合(从外部)所需开区间总长度的最小值。你尝试用一个可数区间族给集合“盖被子”的每一种方式,把每床被子里各区间的长度相加,再对所有被子取下确界。这个下确界便是该集合的外测度。

确切地说,对 R 的子集 E,勒贝格外测度为 m-star(E) = inf 关于 n 求和的 length(I_n),其中下确界对所有满足其并包含 E 的可数开区间族 I_1, I_2, ... 取。此 m-star 对 R 的每个子集无一例外地有定义,单调,且可数次可加——也就是说,它是抽象意义下一个真正的外测度。

由这一个公式,勒贝格测度的整座大厦随之建立。把卡拉西奥多里准则施于 m-star 便产生勒贝格可测集,而 m-star 限制在它们上是可数可加的:这就是勒贝格测度。须坦言的微妙之处是:m-star 单独在任意集合上只是次可加;唯有限制到可测集后,才恢复完全的可加性。

为见 m-star(Q 交 [0,1]) = 0:将有理数枚举为 r_1, r_2, ...,在 r_n 周围放一个长度为 epsilon/2^n 的区间;总长度为 epsilon,而 epsilon 任意,故下确界为 0。同样的技巧表明每个可数集的外测度为零。

用总长为 epsilon 的逐渐缩小的区间覆盖一个可数集——对每个 epsilon 皆然。