Maße

Sei Ω\Omega\neq\emptyset und F\mathcal{F} ist eine σ\sigma-Algebra über Ω\Omega.
Das Tupel (Ω,F)(\Omega,\mathcal{F}) heißt messbarer Raum oder auch Messraum. Eine nichtnegative Funktion μ:F[0,+]\mu:\mathcal{F}\rightarrow [0,+\infty] heißt Maß auf (Ω,F)(\Omega,\mathcal{F}), wenn gilt
  1. μ()=0\mu(\emptyset)=0
  2. Für paarweise disjunkte Mengen (Ak)k=1(A_k)_{k=1}^\infty aus F\mathcal{F} gilt:
    μ(k=1Ak)=k=1μ(Ak)\mu\left(\bigcup\limits_{k=1}^\infty A_k\right)=\sum\limits_{k=1}^\infty \mu(A_k) (σ\sigma-Additivität)
Das Tripel (Ω,F,μ)(\Omega,\mathcal{F},\mu) heißt Maßraum. Ein Maß heißt endlich, wenn es nur endliche Werte annimmt.

Beispiele

O\mathcal{O}: O(A)=0\mathcal{O}(A)=0 für alle AFA\in\mathcal{F} heißt Nullmaß. Dirac-Maß: Sei ωΩ\omega\in\Omega. Setzen δω(A)={1ωA0ωA\delta_\omega(A)= \begin{cases} 1\, & \omega\in A\\ 0\, & \omega\notin A \end{cases} Sei Ω\Omega abzählbar und F=P(Ω)\mathcal{F}=\Pow(\Omega). Dann ist das Zählmaß μ(A):=#(A)\mu(A):=\#(A) die Anzahl der Teilmengen AA aus Ω\Omega.

Satz

Sei (μi)iI(\mu_i)_{i\in I} eine abzählbare Familie von Maßen auf dem Messraum (Ω,F)(\Omega,\mathcal{F}) und (αi)iI(\alpha_i)_{i\in I} eine Familie nichtnegativer reller Zahlen. Durch
μ(A):=iIαiμi(A)\mu(A):=\sum\limits_{i\in I} \alpha_i \mu_i(A) (AF) (A\in\mathcal{F})
ist ein Maß auf (Ω,F)(\Omega,\mathcal{F}) definiert.

Beweis

Die Funktion μ\my ist nichtnegativ, da alle αi\alpha_i sowie die μi(A)\mu_i(A) nichtnegativ sind. Die Summenbildung ändert nichts. μ()=k=1αiμi()=0\mu(\emptyset)=\sum\limits_{k=1}^\infty \alpha_i\mu_i (\emptyset)=0, da μi()=0\my_i(\OO)=0 für alle iIi\in I. Seien (Ak)k=1(A_k)_{k=1}^\infty paarweise disjunkt aus F\mathcal{F}. μ(k=1Ak)\mu(\bigcup\limits_{k=1}^\infty A_k)=iIαiμi(k=1Ak)k=1μi(Ak) =\sum\limits_{i\in I}\alpha_i \underbrace{\mu_i \left(\bigcup\limits_{k=1}^\infty A_k\right)}_{\sum\limits_{k=1}^\infty \mu_i (A_k)}=iIαik=1μi(Ak) = \sum\limits_{i\in I} \alpha_i\sum\limits_{k=1}^\infty \mu_i (A_k) =k=1iIαiμi(Ak)μ(Ak)=k=1μ(Ak)=\sum\limits_{k=1}^\infty \underbrace{\sum\limits_{i\in I} \alpha_i \mu_i(A_k)}_{\mu(A_k)} = \sum\limits_{k=1}^\infty \mu(A_k). \qed

Satz 16KZ (Eigenschaften des Maßes)

Sei (Ω,F,μ)(\Omega,\mathcal{F},\mu) ein Maßraum und A,BFA,B\in\mathcal{F}. Dann gilt:
  1. μ(AB)μ(A)+μ(B)\mu(A \cup B)\leq\mu(A)+\mu(B)
  2. ABμ(A)μ(B)A\subseteq B\Rightarrow \mu(A)\subseteq\mu(B)
  3. ABA\subseteq B und μ \mu endlich μ(B\A)=μ(B)μ(A)\Rightarrow \mu(B\backslash A) = \mu(B) -\mu(A)

Beweis

(ii): ABB=A(B\A)A\subseteq B\Rightarrow B=A\cup(B\backslash A) . Also μ(B)=μ(A(B\A))=μ(A)+μ(B\A) \mu(B)=\mu(A\cup(B\backslash A)){=} \mu(A)+\mu(B\backslash A). Es ist μ(B\A)0\mu(B\backslash A)\geq 0, also μ(A)μ(B) \mu(A)\leq\mu(B).
(iii): Falls μ\mu endlich ist, können wir das Ergebnis aus (ii) umstellen: μ(B\A)=μ(B)μ(A)\mu(B\backslash A)=\mu(B) - \mu(A).
(i): AB=A(B\A)A\cup B=A\cup (B\backslash A)μ(AB)=μ(A(B\A))=μ(A)+μ(B\A) \Rightarrow \mu(A\cup B)= \mu(A\cup (B\backslash A))=\mu(A)+\mu(B\backslash A). Es ist: B\ABB\backslash A\subseteq B und nach (ii) gilt daher μ(B\A)μ(B) \mu(B\backslash A)\subseteq\mu(B)μ(AB)μ(A)+μ(B) \Rightarrow\mu(A\cup B)\leq \mu(A) +\mu(B). \qed

Satz 16L0 (Stetigkeit des Maßes)

Seien μ\mu ein endliches Maß (μ(Ω)<+\mu(\Omega)<+\infty) und (An)n=1(A_n)_{n=1}^\infty Mengen aus F\mathcal{F}. Dann gelten:
  1. Stetigkeit von unten
    Ist AnAn+1A_n\subseteq A_{n+1}, so gilt: μ(n=1An)=limnμ(An)\mu\left(\bigcup\limits_{n=1}^\infty A_n\right)=\lim_{n\rightarrow\infty} \mu(A_n)
  2. Stetigkeit von oben
    Ist AnAn+1A_n\supseteq A_{n+1}, so gilt: μ(n=1An)=limnμ(An)\mu\left(\bigcap\limits_{n=1}^\infty A_n\right)=\lim_{n\rightarrow\infty} \mu(A_n)

Beweis

(i): Wir setzen B1:=A1B_1:=A_1, Bn+1=An+1\An B_{n+1}=A_{n+1}\backslash A_n. Damit gilt: alle BkB_k sind paarweise disjunkt und BkFB_k\in\mathcal{F}, sowie k=1nBk=An\bigcup\limits_{k=1}^n B_k=A_{n} und k=1Ak=k=1Bk\bigcup\limits_{k=1}^\infty A_k=\bigcup\limits_{k=1}^\infty B_k. Somit folgt: μ(k=1Ak)=μ(k=1Bk)\mu(\bigcup\limits_{k=1}^\infty A_k){=} \mu(\bigcup\limits_{k=1}^\infty B_k)=k=1μ(Bk) {=} \sum\limits_{k=1}^\infty \mu(B_k) =limnk=1nμ(Bk) =\lim_{n\rightarrow\infty} \sum\limits_{k=1}^n \mu(B_k) =limnμ(k=1nBk) {=} \lim_{n\rightarrow\infty} \mu(\bigcup\limits_{k=1}^n B_k) =limnμ(An){=}\lim_{n\rightarrow\infty} \mu(A_n).
(ii): AnAn+1AncAn+1cA_n\supseteq A_{n+1}\Rightarrow A_n^c\subseteq A_{n+1}^c. Nach (i) gilt nun: μ(n=1Anc)=limnμ(Anc)\mu(\bigcup\limits_{n=1}^\infty A_n^c) = \lim_{n\rightarrow\infty} \mu(A_n^c). μ(n=1Anc)\mu(\bigcup\limits_{n=1}^\infty A_n^c)=μ((n=1An)c) =\mu((\bigcap\limits_{n=1}^\infty A_n)^c)=μ(Ω\(n=1An)) = \mu(\Omega\backslash(\bigcap\limits_{n=1}^\infty A_n)) =μ(Ω)μ(n=1An) {=} \mu(\Omega)-\mu(\bigcap\limits_{n=1}^\infty A_n). μ(Anc)=μ(Ω\An)\mu(A_n^c)=\mu(\Omega\backslash A_n)=μ(Ω)μ(An)limnμ(An) =\mu(\Omega)-\mu(A_n) \Rightarrow \lim_{n\rightarrow\infty} \mu(A_n). \qed
 
 

Manche Menschen haben einen Gesichtskreis vom Radius Null und nennen ihn ihren Standpunkt.

David Hilbert

Copyright- und Lizenzinformationen: Diese Seite ist urheberrechtlich geschützt und darf ohne Genehmigung des Autors nicht weiterverwendet werden.
Anbieterkеnnzeichnung: Mathеpеdιa von Тhοmas Stеιnfеld  • Dοrfplatz 25  •  17237 Blankеnsее  • Tel.: 01734332309 (Vodafone/D2)  •  Email: cο@maτhepedιa.dе