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ルベーグの定理

絶対連続関数の微分可能性

有界閉区間上に定義された絶対連続関数は定義域上のほとんどいたるところで微分可能です。リプシッツ関数は絶対連続関数であるため、有界閉区間上に定義されたリプシッツ関数もまたほとんどいたるところで微分可能です。

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カントール関数

有界変動関数と絶対連続関数の関係

有界閉区間上に定義された絶対連続関数は有界変動関数ですが、有界変動関数は絶対連続関数であるとは限りません。また、絶対連続関数は2つの単調増加な連続関数の差として表されます。

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有界変動関数

有界変動関数と連続関数の関係

有界閉区間上に定義された有界変動関数は連続であるとは限らず、逆に、連続関数は有界変動であるとは限りません。その一方で、有界変動関数はほとんどいたるところで連続です。

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リプシッツ関数

リプシッツ関数と絶対連続関数の関係

有界閉区間上に定義されたリプシッツ関数は絶対連続関数であることが保証される一方で、絶対連続関数はリプシッツ関数であるとは限りません。絶対連続関数は一様連続であり、一様連続関数は連続であるため、リプシッツ関数は一様連続かつ連続です。

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一様連続関数

絶対連続関数と一様連続関数の関係

有界閉区間上に定義された絶対連続関数は一様連続であることが保証される一方で、一様連続関数は絶対連続関数であるとは限りません。一様連続関数は連続であるため、絶対連続関数は連続です。

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リプシッツ関数

リプシッツ関数

リプシッツ関数(リプシッツ連続関数)の概念を定義するとともに、その意味を解説します。加えて、関数がリプシッツ連続であること、リプシッツ連続ではないことを判定する方法を解説します。

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絶対連続関数

絶対連続関数

有界閉区間上に定義された関数が絶対連続であることの意味を定義するとともに、関数が絶対連続であること、ないし絶対連続ではないことを判定する方法を解説します。

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加法性

有界変動関数の全変動の加法性

関数が有界閉区間上で有界変動であることと、それぞれの小区間において有界変動であることが必要十分です。しかも、それぞれの小区間における全変動の総和をとれば、もとの区間における全変動が得られます。

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有界な関数

有界変動関数どうしの商

有界変動関数の逆数として定義される関数や、有界変動関数どうしの商として定義される関数が有界変動になるための条件を明らかにします。

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有界変動関数

有界変動関数どうしの差

有界変動関数どうしの差として定義される関数もまた有界変動です。さらに、その関数の全変動は、個々の関数の全変動の和以下になります。

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有界変動関数

有界変動関数どうしの和

有界変動関数どうしの和として定義される関数もまた有界変動です。さらに、その関数の全変動は、個々の関数の全変動の和以下になります。

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有界変動関数

有界変動関数の定数倍

有界変動関数の定数倍として定義される関数もまた有界変動です。さらに、もとの関数の全変動の定数倍をとれば、その関数の定数倍の全変動が得られます。

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有界変動関数

有界変動関数

関数の定義域である有界閉区間をどのような形で分割した場合においても、それぞれの小区間における関数の値の差の総和が有限な値に収まる場合、その関数は有界変動であると言います。

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カントール集合

カントール集合

カントール集合を定義するとともに、3進展開を用いてカントール集合を特徴づけます。カントール集合は非空なコンパクト集合であるとともに、非可算集合であるような零集合でもあります。

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整数

無理数の定義

有理数ではない実数を無理数と呼びます。無理数が存在することを実数の公理から導きます。無理数と有理数の和は無理数です。無理数集合は四則演算について閉じていません。

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ディニ微分

単調関数のディニ微分(上微分・下微分)

有界閉区間上に定義された単調増加関数の上ディニ微分が正の無限になる点からなる集合の外測度はゼロです。また、有界閉区間上に定義された単調減少関数の下ディニ微分が負の無限になる点からなる集合の外測度はゼロです。

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ディニ微分

片側ディニ微分を用いた関数の片側微分可能性の判定

関数が右上ディニ微分可能かつ右下ディニ微分可能であるとともに右上と右下のディニ微分係数が一致することは、その関数が右側微分可能であるための必要十分条件です。しかもこのとき、右側微分係数は右上と右下のディニ微分係数と一致します。左側微分についても同様です。

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ヴィタリの被覆定理

ヴィタリの被覆定理

点集合のヴィタリ被覆の中から有限個の互いに素な区間を上手く選んだ上で、選んだ区間の和集合ともとの集合との差集合をとることにより、その差集合の測度をいくらでも小さくすることができます。これをヴィタリの被覆定理と呼びます。

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ディニ微分

ディニ微分を用いた関数の微分可能性の判定

関数が上ディニ微分可能かつ下ディニ微分可能であるとともに上下のディニ微分係数が一致することは、その関数が微分可能であるための必要十分条件です。しかもこのとき、微分係数は上下のディニ微分係数と一致します。

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1変数関数

片側上極限と片側下極限を用いた関数の片側収束判定

関数の右側上極限と右側下極限が有限な実数として定まるとともに両者が一致することは、その関数が有限な実数へ収束するための必要十分条件です。しかもその場合、右側極限は右側上極限や右側下極限と一致します。左側極限についても同様です。

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1変数関数

上極限と下極限を用いた関数の収束判定

関数の上極限と下極限が有限な実数として定まるとともに両者が一致することは、その関数が有限な実数へ収束するための必要十分条件です。しかもその場合、極限は上極限や下極限と一致します。

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局所有界関数

有界関数・局所有界関数・有限関数

関数の値域が上に有界である場合、その関数は上に有界であると言います。関数の値域が下に有界である場合、その関数は下に有界であると言います。上に有界かつ下に有界な関数を有界な関数と呼びます。

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上極限・下極限

集合列の上極限・下極限・極限

集合列の要素である無限個の集合の要素を集めてできる集合をもとの集合列の上極限と呼びます。また、集合列の要素である有限個の集合を除いたすべての集合の要素を集めてできる集合をもとの集合列の下極限と呼びます。

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ルベーグ積分

一般化されたヴィタリの収束定理

測度が有限であるとは限らない一般のルベーグ可測集合上に定義されたルベーグ可測関数列が各点収束するとともに一様可積分かつ一様緊密である場合には、関数列の各点極限に相当する関数のルベーグ積分は、関数列の要素である個々の関数のルベーグ積分からなる数列の極限と一致します。

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1変数関数

関数の片側上極限と片側下極限

関数の片側上極限(右側上極限と左側上極限)と片側下極限(右側下極限と左側下極限)を定義します。関数が局所有界である場合、その片側上極限と片側下極限がそれぞれ有限な実数として定まることが保証されます。

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単調関数

有界単調関数の収束定理

区間上に定義された上に有界な単調増加関数や下に有界な単調減少関数は区間の右側の端点において左側収束します。また、下に有界な単調増加関数や上に有界な単調減少関数は区間の左側の端点において右側収束します。

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1変数関数

関数の上極限と下極限

関数の上極限と下極限を定義します。関数が局所有界である場合、その上極限と下極限がそれぞれ有限な実数として定まることが保証されます。

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上極限・下極限

上極限と下極限を用いた数列の収束判定

数列の上極限と下極限が有限な実数として定まるとともに両者が一致することは、その数列が有限な実数へ収束するための必要十分条件です。しかもその場合、極限は上極限や下極限と一致します。

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上極限・下極限

数列の上極限と下極限

数列の上極限と下極限を定義します。数列が有界である場合、その上極限と下極限がそれぞれ有限な実数として定まることが保証されます。

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ルベーグ積分

ヴィタリの収束定理

有限測度を持つルベーグ可測集合上に定義されたルベーグ可測関数列が各点収束するとともに一様可積分である場合には、関数列の各点極限に相当する関数のルベーグ積分は、関数列の要素である個々の関数のルベーグ積分からなる数列の極限と一致します。

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ルベーグの支配収束定理

ルベーグの支配収束定理(優収束定理)

ルベーグ可測関数列が各点収束するとともに、その間数列を支配し、なおかつルベーグ積分可能であるような関数が存在する場合には、関数列の各点極限に相当する関数のルベーグ積分は、関数列の要素である個々の関数のルベーグ積分からなる数列の極限と一致します。

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ルベーグ積分

ルベーグ積分の単調性

ルベーグ積分可能な2つのルベーグ可測関数の間に一方的な大小関係が成立する場合、両者のルベーグ積分の間にも同様の大小関係が成立します。以上の性質を単調性と呼びます。

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ルベーグ積分

ルベーグ積分に関する比較判定法

ルベーグ可測関数に対して、その絶対値関数が定める値以上の値をとるルベーグ積分可能な関数が存在する場合、もとの関数もまたルベーグ積分可能であることが保証されます。

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ルベーグ積分

ルベーグ可測関数どうしの差のルベーグ積分

2つのルベーグ可測関数がルベーグ積分可能である場合、それらの差として定義されるルベーグ可測関数もまたルベーグ積分可能であるとともに、そのルベーグ積分はもとの2つの関数のルベーグ積分の差と一致します。

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ルベーグ積分

ルベーグ可測関数どうしの和のルベーグ積分

2つのルベーグ可測関数がルベーグ積分可能である場合、それらの和として定義されるルベーグ可測関数もまたルベーグ積分可能であるとともに、そのルベーグ積分はもとの2つの関数のルベーグ積分の和と一致します。

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ルベーグ積分

ルベーグ可測関数の定数倍のルベーグ積分

ルベーグ可測関数がルベーグ積分可能である場合、その定数倍として定義されるルベーグ可測関数もまたルベーグ積分可能であるとともに、そのルベーグ積分はもとの関数のルベーグ積分の定数倍と一致します。

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