向量值積分

向量值積分

向量值積分,普通(數值的)積分在向量值上的推廣。在分析數學的各分支中,因不同的要求,需要種種或是向量值函式的積分或是關於向量值測度的積分。向量值函式的積分有黎曼-斯蒂爾傑斯型積分和勒貝格型積分。

向量值積分

黎曼-斯蒂爾傑斯型積分 常用的一種向量值積分。如果ƒ(t)是定義在[α,b]上,但取“值”於拓撲線性空間L的函式,則稱ƒ(t)是[α,b]上向量值函式。設ƒ(t)和g(t)分別是[α,b]上向量值和數值函式。任取【α,b】上分點組D:向量值積分,作和式向量值積分 向量值積分向量值積分其中向量值積分向量值積分向量值積分如果極限向量值積分存在,則稱ƒ關於g在【α,b】上R-S可積,又稱向量值積分是ƒ關於g的黎曼-斯蒂爾傑斯積分,簡稱R-S積分,記為向量值積分。類似地,也可以引入向量值積分。向量值R-S積分有許多類似於數值函式的R-S積分的性質。特別,有分部積分公式:如果向量值積分中有一個存在,則另一個必存在,且向量值積分向量值積分
下面幾種向量值積分都屬於勒貝格型的。
博赫納積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間(見測度論),φ(x)是定義在x上,取值於巴拿赫空間B的向量值函式。如果存在 (x,φ)的有限個互不相交的可測集A1, A2, …,An,使φ在Ai(i=1,2,…,n)上的值恆為向量ei,而向量值積分上的值恆為0,則稱φ是(向量值)簡單函式。如果存在 x上的一列簡單函式 {φn(x)},使得‖φn(x)-ƒ(x)‖關於μ幾乎處處收斂於0,則稱ƒ(x)是x上(取值於B)的強可測函式。強可測函式 ƒ(x)的範數‖ƒ(x)‖必是x上的(數值)可測函式。如果φ是簡單函式並且μ(Ai)<∞,那么稱向量值積分是φ的博赫納積分,記為向量值積分。設ƒ(x)是x上向量值函式,如果存在一個可積的簡單函式列{φn},使得向量值積分,就稱ƒ是x上博赫納可積的,並稱向量值積分是ƒ在x上的博赫納積分,記為向量值積分,可以證明:對於博赫納可積函式ƒ,它的積分值(是向量)不依賴於{φn}的選取;ƒ在x上是博赫納可積的,若且唯若ƒ是強可測的而且‖ƒ(x)‖是 x上的數值可積函式。博赫納積分具有一般測度論中積分的性質。
伯克霍夫積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,{Ai}是x的一列互不相交的可測集,向量值積分並且向量值積分,稱{Ai}是x的可列剖分。設ƒ(x)是x上取值於巴拿赫空間B的向量值函式,墹={Ai}是x的可列剖分,如果ƒ在每個Ai上有界,並且

向量值積分

是無條件收斂的,則稱集向量值積分的凸閉包是ƒ(x)關於墹的積分值域,記為J(ƒ,墹)。如果對任何ε>0,存在可列剖分墹(ε),使集J(ƒ,墹(ε))的直徑小於ε,則稱ƒ在x上伯克霍夫可積,並稱由一切可列剖分墹所得的J(ƒ,墹)的交集(只有一個向量)為ƒ 在x上的伯克霍夫積分,記為向量值積分。這種積分除富比尼定理外,具有通常勒貝格積分所具有的線性、可列可加性、絕對連續性等性質。博赫納可積必然伯克霍夫可積(逆命題並不成立),並且兩個積分相等。
更一般地,還可定義取值於具有某種拓撲結構半群上的積分,當取不同拓撲時,它可包含伯克霍夫積分和下面的積分。
蓋爾范德意義下的弱*積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,ƒ(x)是定義在x上取值於巴拿赫空間B的向量值函式。如果對每個g∈B*(B*是B的共軛空間),g(ƒ(x))是可測函式,則稱ƒ(x)在x上是弱可測的。在空間B是可分情況下,弱可測和強可測一致。如果對每個向量值積分在x上是可積的,則必存在ƒ**∈B,使得向量值積分,稱ƒ **是ƒ(x)在 X上的蓋爾范德意義下的弱*積分,記為向量值積分
佩蒂斯積分 或稱弱積分。另一種常用的向量值積分。設(x,φ,μ)是全 σ有限測度空間,ƒ(x)是x上取值於巴拿赫空間B的弱可測函式,如果存在b)∈B 使得對一切g∈B*成立向量值積分,則稱ƒ在x上是佩蒂斯可積的,b)是ƒ的佩蒂斯積分,記b)為向量值積分。博赫納可積必然佩蒂斯可積,並且積分相等。除去富比尼定理外,勒貝格積分的其他性質對於佩蒂斯積分也成立。
向量值測度和積分 設(x,φ)是可測空間,如果E是定義在φ上取值於巴拿赫空間 B的滿足下列條件的向量值集函式:①E(═)=0(═是空集);②可列可加性,對φ中任何一列互不相交的集{Ai},

向量值積分

則稱E 是φ上向量值測度。例如,如果(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,ƒ是x上取值於巴拿赫空間B的博赫納可積函式,對任何A∈φ,定義向量值積分,則E便是φ上取值於B的向量值測度。特別,當B是某個巴拿赫空間(或希爾伯特空間)上的有界線性運算元全體按運算元範數所成的巴拿赫空間時,就稱E為φ上的運算元值測度(見譜論譜運算元)。此外,和數值測度一樣,也可引入一個向量值測度關於另一個數值測度絕對連續的概念。但一般說來沒有拉東-尼科迪姆定理。但如果空間B或是自反,或是希爾伯特空間,或B的共軛空間B*是可分的,這時就有拉東-尼科迪姆定理。(見測度論

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