E (f ³ a) =
откуда следует измеримость множества E (f ³ a). Измеримость прочих множеств вытекает из соотношений:
E (f = a) = E(f ³ a) – E(f > a), E(f £ a) = E – E(f > a),
E (f < a) = E – E (f ³ a).
Замечание. Легко показать, что если хоть одно из множеств
E (f ³ a), E (f £ a), E (f < a)
оказывается измеримым при всяком а, то функция f(x) измерима на множестве Е (которое также предполагается измеримым).
Действительно, тождество ) показывает, например, что f(x) измерима, если измеримы все множества Е (f³а). Сходным образом устанавливаются и остальные утверждения. Таким образом, в определении измеримой функции можно заменить множество Е (f>a) любым из множеств (1).
Теорема 7. Если функция f(x), заданная на множестве Е, измерима, а k конечное число, то измеримы и функции 1) f(x) + k, 2) kf(x), 3) çf (x)ç, 4) f2 (x), и если f(x) ¹0, то измерима и функция 5) .
Д о к а з а т е л ь с т в о. 1) Измеримость функции f(x) + k вытекает из соотношения Е (f+ k >a) = E (f>a- k).
2) Измеримость функции kf(x) при k =0 следует из теоремы 5. Для прочих k измеримость следует из очевидных соотношений
|
|
3) Функция çf(x) ç измерима потому, что
4) Аналогично, из того, что
E (f2 > a) =
вытекает измеримость функции f 2 (x).
5) Наконец, при f(x) ¹ 0 имеем
> a) =
откуда и следует измеримость .
Теорема 8. Функция f(x), заданная и непрерывная на сегменте Е= , измерима.
Д о к а з а т е л ь с т в о. Прежде всего установим, что множество
F = E (f£ a)
замкнуто. Действительно, если x0 есть предельная точка этого множества и xn®x0 (x n ÎF), то f(xn) £a и, в силу непрерывности f(x), будет f(x0 ) £a, т.е. x0 ÎF, что и устанавливает замкнутость множества F.
Но тогда множество Е (f>а) = Е – Е(f£а) измеримо, и теорема доказана.
Из самого определения измеримой функции следует, что функция, заданная на неизмеримом множестве, неизмерима.
Однако легко обнаружить существование неизмеримой функции, заданной на измеримом множестве.
Определение 4. Пусть М есть подмножество сегмента Е = [А, В]. Функция jм (х), равная единице на множестве М и нулю на множестве Е–М, называется характеристической функцией множества М.
Теорема 9. Множество М и его характеристическая функция jм одновременно измеримы или нет.
Д о к а з а т е л ь с т в о. Если функция jM (х) измерима, то измеримость множества М вытекает из соотношения
М = Е (jм > 0).