U missä U A := {U R n : U avoin ja U A}; intuitiivisesti suurin avoin joukko, joka sisältyy A:han. Määritellään A:n sulkeuma A := F F A

Samankaltaiset tiedostot
Matematiikan ja tilastotieteen laitos Reaalianalyysi I Harjoitus Malliratkaisut (Sauli Lindberg)

d ) m d (I n ) = 2 d n d. Koska tämä pätee kaikilla

LUKU 6. Mitalliset funktiot

Analyysin peruslause

MS-C1350 Osittaisdifferentiaaliyhtälöt Harjoitukset 5, syksy Mallivastaukset

Konvergenssilauseita

MITTA- JA INTEGRAALITEORIA 2015

2. Todista Lause 1.2 : Jos I on ylinumeroituva indeksijoukko ja a i > 0kaikillai 2 I, niin P i2i a i = 1.

Reaalianalyysin perusteita

peitteestä voidaan valita äärellinen osapeite). Äärellisen monen nollajoukon yhdiste on nollajoukko.

Ville Suomala MITTA- JA INTEGROINTITEORIAA

Jordanin sisältö ja Lebesguen ulkomitta

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

Ville Suomala MITTA JA INTEGRAALI

JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO. 5. Olkoon f : [0, 1] R kasvava. Osoita, että joukko. {x [0, 1] f ei ole jatkuva pisteessä x} on numeroituva. [Vihje: Lause 1.2.

1 Määrittelyjä ja aputuloksia

saadaan kvanttorien järjestystä vaihtamalla ehto Tarkoittaako tämä ehto mitään järkevää ja jos, niin mitä?

Ville Suomala MITTA JA INTEGRAALI

Lebesguen mitta ja integraali

Mitta- ja integraaliteoria 2 Harjoitus 1, Olkoon f : A! [0, 1] mitallinen ja m(a) < 1. Näytä, että josonp>1javakio M<1, joille

MITTA- JA INTEGRAALITEORIA. Tero Kilpeläinen

Moderni reaalianalyysi

Derivaatasta ja derivoituvuudesta

Seurauksia. Seuraus. Seuraus. Jos asteen n polynomilla P on n erisuurta nollakohtaa x 1, x 2,..., x n, niin P on muotoa

JATKUVUUS. Funktio on jatkuva jos sen kuvaaja voidaan piirtää nostamatta kynää paperista.

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 1 3 / Syksy Osoita täsmällisesti perustellen, että joukko A = x 4 ei ole ylhäältä rajoitettu.

DIFFERENTIAALI- JA INTEGRAALILASKENTA I.1. Ritva Hurri-Syrjänen/Syksy 1999/Luennot 6. FUNKTION JATKUVUUS

e int) dt = 1 ( 2π 1 ) (0 ein0 ein2π

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Algebra I - Kesä 2009 Ratkaisuehdoituksia harjoituksiin 8 -Tehtävät sivua Heikki Koivupalo ja Rami Luisto

ANALYYSI 3 HELI TUOMINEN

8. Avoimen kuvauksen lause

Analyysi 1. Harjoituksia lukuihin 4 7 / Syksy Tutki funktion f(x) = x 2 + x 2 jatkuvuutta pisteissä x = 0 ja x = 1.

Topologia I Harjoitus 6, kevät 2010 Ratkaisuehdotus

Mitta ja integraali 1

MATA172 Sami Yrjänheikki Harjoitus Totta vai Tarua? Lyhyt perustelu tai vastaesimerkki!

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 3: Jatkuvuus

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia

Funktiot. funktioita f : A R. Yleensä funktion määrittelyjoukko M f = A on jokin väli, muttei aina.

Miten osoitetaan joukot samoiksi?

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

IV. TASAINEN SUPPENEMINEN. f(x) = lim. jokaista ε > 0 ja x A kohti n ε,x N s.e. n n

2 Funktion derivaatta

Täydellisyysaksiooman kertaus

3 Lukujonon raja-arvo

Johdatus reaalifunktioihin P, 5op

Oletetaan sitten, että γ(i) = η(j). Koska γ ja η ovat Jordan-polku, ne ovat jatkuvia injektiivisiä kuvauksia kompaktilta joukolta, ja määrittävät

Seuraava topologisluonteinen lause on nk. Bairen lause tai Bairen kategorialause, n=1

Funktion raja-arvo ja jatkuvuus Reaali- ja kompleksifunktiot

f(tx + (1 t)y) tf(x) + (1 t)f(y) jokaisella x, y A ja t [0, 1].

Todista raja-arvon määritelmään perustuen seuraava lause: Jos lukujonolle a n pätee lima n = a ja lima n = b, niin a = b.

5 Funktion jatkuvuus ANALYYSI A, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Määritelmä ja perustuloksia. 1. Tarkastellaan väitettä

3 Lukujonon raja-arvo

Johdatus matemaattiseen päättelyyn

MITTA JA INTEGRAALI TUOMAS HYTÖNEN

4.3 Moniulotteinen Riemannin integraali

2. Todista Lause 1.2 : Jos I on ylinumeroituva indeksijoukko ja a i > 0kaikillai 2 I, niin P i2i a i = 1.

Tenttiin valmentavia harjoituksia

y = 3x2 y 2 + sin(2x). x = ex y + e y2 y = ex y + 2xye y2

Tehtävänanto oli ratkaista seuraavat määrätyt integraalit: b) 0 e x + 1

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 11

1 sup- ja inf-esimerkkejä

Derivaattaluvut ja Dini derivaatat

5 Riemann-integraali ANALYYSI B, HARJOITUSTEHTÄVIÄ, KEVÄT Ala- ja yläintegraali

Vastausehdotukset analyysin sivuainekurssin syksyn välikokeeseen

Kurssikoe on maanantaina Muista ilmoittautua kokeeseen viimeistään 10 päivää ennen koetta! Ilmoittautumisohjeet löytyvät kurssin kotisivuilla.

Determinoiruvuuden aksiooma

Onko kuvaukset injektioita? Ovatko ne surjektioita? Bijektioita?

1 sup- ja inf-esimerkkejä

u(0, t) = 0 kaikille t > 0: lämpötila pidetään vakiona pisteessä x = 0;

Cantorin joukko LUKU 8

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

Kuva 1: Funktion f tasa-arvokäyriä. Ratkaisu. Suurin kasvunopeus on gradientin suuntaan. 6x 0,2

MATEMATIIKAN JA TILASTOTIETEEN LAITOS

Johdatus diskreettiin matematiikkaan (syksy 2009) Harjoitus 3, ratkaisuja Janne Korhonen

7. Tasaisen rajoituksen periaate

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

Luku 2. Jatkuvien funktioiden ominaisuuksia.

Stokesin lause LUKU 5

8. Avoimen kuvauksen lause

REAALIANALYYSI. Pekka Koskela. Syksy 2015

Sinin jatkuvuus. Lemma. Seuraus. Seuraus. Kaikilla x, y R, sin x sin y x y. Sini on jatkuva funktio.

Harjoitusten 4 ratkaisut Topologiset vektoriavaruudet 2010

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 9

MATEMATIIKAN KOE PITKÄ OPPIMÄÄRÄ

Luku 4. Derivoituvien funktioiden ominaisuuksia.

Matematiikan johdantokurssi, syksy 2016 Harjoitus 11, ratkaisuista

Algebra 1, harjoitus 9, h = xkx 1 xhx 1. a) Käytetään molemmissa tapauksissa isomorfialausetta. Tarkastellaan kuvauksia

Kuvaus. Määritelmä. LM2, Kesä /160

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Johdatus matematiikkaan

=p(x) + p(y), joten ehto (N1) on voimassa. Jos lisäksi λ on skalaari, niin

Sarjat ja differentiaaliyhtälöt

8 Potenssisarjoista. 8.1 Määritelmä. Olkoot a 0, a 1, a 2,... reaalisia vakioita ja c R. Määritelmä 8.1. Muotoa

Algebra I, harjoitus 5,

Topologia Syksy 2010 Harjoitus 4. (1) Keksi funktio f ja suljetut välit A i R 1, i = 1, 2,... siten, että f : R 1 R 1, f Ai on jatkuva jokaisella i N,

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Stokastiset differentiaaliyhtälöt Ratkaisuehdotelma Harjoitukseen 5

Toispuoleiset raja-arvot

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Kuvauksista ja relaatioista. Jonna Makkonen Ilari Vallivaara

Transkriptio:

Mitta a integraali Kesä 2 4. tehtävät Malliratkaisut (LS). Olkoon a i R i =, 2,... ono. Sanotaan, että i a i = os kaikille M R on olemassa i, olle kaikille i i pätee a i M. Sanotaan, että i a i = os i a i =. Osoita, että a i = os a vain os sup a i = inf a i = i i a i a i = os a vain os sup a i = inf i i i a i = Ratkaisu. Osoitetaan ensin ensimmäinen väite. Olkoon M >. Oletetaan a i =. Nyt löytyy i N, olle kaikilla i i pätee a i > M. Erityisesti tällöin inf i i a i > M. Siis inf i k a i > M kaikilla k i. Siis inf a i =. Lisäksi nyt sup a i inf a i, oten sup i a i = inf i a i =. Oletetaan sitten sup i a i = inf i a i =. Nyt löytyy i N, olle inf i io > M. Siis kaikilla i i pätee a i > M, oten a i =. Nyt os a i =, niin a i =. Tämä on yhtäpitävää sen kanssa, että sup i a i = inf i a i =, tai siis sup i a i = inf i a i =. Siis toinenkin väite pätee. 2. Olkoon A R n. Määritellään A:n sisäpisteitten oukko A := U U A U missä U A := {U R n : U avoin a U A}; intuitiivisesti suurin avoin oukko, oka sisältyy A:han. Määritellään A:n sulkeuma A := F F A F missä F A := {F R n : F on sulettu a A F }; intuitiivisesti pienin sulettu oukko, oka sisältää A:n. Määritellään A:n reuna A := A \ A. Osoita, että os m ( A) =, niin A on mitallinen. Ratkaisu. Nyt A = A (A A), missä A on avoimena mitallinen, a A A A, oten se on nollamittaisen oukon osaoukkona nollamittainen a siten mitallinen (Lebesguen mitta on täydellinen). Siis A on kahden mitallisen oukon yhdisteenä mitallinen. Vaihtoehtoisesti ratkaisussa voi käyttää haroitusten 2 tehtävää 8, sillä A = A \ A A A A. 3. Olkoot f, g : A Ṙ mitallisia. Osoita, että f g : A Ṙ on mitallinen. Ratkaisu. Merkitään A = f R g R, olloin A on mitallisten oukkoen leikkauksena mitallinen. Nyt kuvaus (f, g) : A R R on mitallinen, sillä molemmat komponenttikuvaukset ovat mitallisia. Koska lisäksi kuvaus u : R R R on atkuva, on yhdistetty kuvaus u (f, g) : A R mitallinen.

Merkitään h = fg : A Ṙ. Olkoon G R avoin oukko, olle G. Nyt os x h (G), niin h(x) = f(x)g(x) R\{}. Tällöin f(x), g(x) R, oten h (G) A, oten, koska h A = u (f, g), on h (G) = (u (f, g)) (G), a siten mitallinen. Toisaalta h { } = (f { } g (, ]) (g { } f (, ]) (f { } g [, )) (g f [, )), h { } = (f { } g (, ]) (g { } f (, ]) (f { } g [, )) (g { } f [, )), a h {} = f {} g {} ovat funktioitten f a g mitallisuuden noalla mitallisia. Jos nyt G R on avoin, niin h (G) = h (G \ {}) h (G {}) on mitallinen. Siis h = fg on mitallinen. 4. Olkoon A R n, mitallinen a f : A R N, ono mitallisia funktioita. Osoita, että oukot A = {x A : f + (x) > f (x)} ovat mitallisia. Ratkaisu. Koska f(x) R kaikilla x A, pätee A = {x A : f + (x) > f (x)} = {x A : f + (x) f (x) > } = (f + f ) (, ). Nyt f + f on mitallisten funktioitten summana mitallinen, oten A on mitallinen. 5. Olkoot A a f : A R kuten edellisessä tehtävässä. Osoita, että oukko {x A : ono (f (x)) = on aidosti kasvava} on mitallinen. Ratkaisu. Olkoot oukot A kuten edellisessä tehtävässä. Koska f(x) R kaikilla x A, pätee {x A : ono (f (x)) = on aidosti kasvava} = {x A : f + (x) > f (x) N} = N A Siis tehtävän oukko on mitallisten oukkoen numeroituvana leikkauksena mitallinen. 6. Sanotaan että funktio g : R R on kasvava os g(x) g(y) aina kun x y. Osoita, että kasvava funktio on mitallinen. 2

Ratkaisu. Olkoon a R. Nyt riittää näyttää, että g (, a) on mitallinen. Voidaan olettaa, että g (, a) a g (, a) R, sillä muutoin se olisi mitallinen. Nyt g (, a) on ylhäältä raoitettu, sillä muuten kaikilla x R pätee x g (, a), olloin g (, a) = R. Siis löytyy M := sup g (, a) R. Jos x g (, a), niin on x M. Siis g (, a) (, M]. Toisaalta os x (, M). niin löytyy y g (, a), olle x < y < M. Koska funktio g on kasvava, niin g(x) g(y) < a, olloin (, M) g (, a). Siis g (, a) on oko (, M) tai (, M], a siten oko avoimena tai sulettuna oukkona mitallinen. 7. Olkoon f : R n R mitallinen a g : R R kasvava. Osoita, että g f : R n R on mitallinen. Ratkaisu. Olkoon a R. Nyt (g f) (, a) = f (g (, a)), missä g (, a) = (, M) tai g (, M] edellisen tehtävän merkinnöillä. Tällöin (g f) (, a) = f (, M) tai (g f) (, a) = f (, M], otka ovat mitallisia funktion f mitallisuuden noalla. Siis g f on mitallinen. 8. Olkoot f, f 2,... ono mitallisia funktioita A R, missä A R n. Osoita, että oukko B = {x A : f (x) on olemassa} on mitallinen. Ratkaisu. Merkitään C = (( sup f ) { } ( inf f ) { }) (( sup f ) { } ( inf f ) { }); C on selvästi mitallinen. Määritellään funktio g : A R asettamalla g(x) =, kun x C, a g(x) = sup f (x) inf f (x) muuten. Nyt funktio g on mitallinen, sillä sen raoittumat oukkoihin C a A \ C ovat mitallisia; C:ssä funktio on vakiofunktiona atkuva, a A \ C:ssä se on mitallisten funktioiden summa. Nyt B = g {} = g (, ] g [, ), oten se on mitallisten oukkoen leikkauksena mitallinen. 9. Etsi funktion f = 2χ [,π] + 5χ [π/2,6] + 3χ Q normaaliesitys a laske sen integraali. Ratkaisu. Nyt f (x) = 2, kun x [, π/2) \ Q =: A + 3, kun x [, π/2) Q =: A2 + 5, kun x [π/2, π] \ Q =: A3 + 8, kun x [π/2, π] Q =: A4 5, kun x (π, 6] \ Q =: A 5 8, kun x (π, 6] Q =: A 6 3, kun x Q \ [, 6] =: A 7, muuten 3

Funktion f normaaliesitykseksi saadaan f = 2χ A + ( 2 + 3)χ A2 + ( 2 + 5)χ A3 + ( 2 + 8)χ A4 + 5χ A5 + 8χ A6 + 3χ A7. Nyt saadaan f = 2m(A ) + ( 2 + 3)m(A 2 ) + ( 2 + 5)m(A 3 ) + ( 2 + 8)m(A 4 ) + 5m(A 5 ) + 8m(A 6 ) + 3m(A 7 ) R = 2 π 2 + ( 2 + 5) π + 5(6 π) 2 = 3 + ( 2 5 2 )π.. Olkoot A, A 2,..., A k R n mitallisia oukkoa. Oletetaan, että okainen R n :n piste kuuluu korkeintaan p:hen oukkoon A. Osoita käyttämällä yksinkertaisia funktioita, että ( k ) p m A m(a ). = Ratkaisu. Oletuksen noalla pätee k = m(a ) p. Koska lisäksi m(a) = χ A, integraalin lineaarisuudesta yksinkertaisille funktioille saadaan m(a ) = = = = R n χ A χ A R n = p χ R n i A i ( k ) = p m A. =. Olkoon < s <. Osoita, että voit käyttää MKL:ta laskemaksesi seuraavan raa-arvon a laske se. + nx Ratkaisu. Selvästi funktiot f ovat epänegatiivisia integrointivälillä. Ne ovat mitallisia, sillä akaa eroaa nollasta kaikilla x [, ], minkä vuoksi funktiot ovat atkuvia. Lisäksi f (x) = xs + x n xs + x = f +(x), n+ 4

oten funktioono on kasvava. Siis monotonisen konvergenssin lauseen noalla + nx = = x s + nx Nyt funktiot χ [,] muodostavat kasvavan onon mitallisia, epänegatiivisia funktioita. Edelleen funktiot x s χ [,] muodostavat kasvavan onon mitallisia, epänegatiivisia funktioita, oten voidaan käyttää uudestaan MKL:ta: x s = x s = s. 5