ルベーグ集合上に定義された連続な実数値関数はルベーグ可測関数
実数空間\(\mathbb{R} \)および\(\mathbb{R} \)上のルベーグ可測集合族\(\mathfrak{M}_{\mu }\)からなる可測空間\begin{equation*}\left( \mathbb{R} ,\mathfrak{M}_{\mu }\right)
\end{equation*}が与えられているものとします。さらに、ルベーグ可測集合\(X\in \mathfrak{M}_{\mu }\)を選んだ上で、\(X\)を定義域とする関数\begin{equation*}f:\mathbb{R} \supset X\rightarrow \mathbb{R} \end{equation*}を定義します。
このような関数\(f\)が定義域\(X\)上で連続である場合、\(f\)は\(X\)上でルベーグ可測関数になります。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は恒等関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でルベーグ可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は正弦関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でルベーグ可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は余弦関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でルベーグ可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。ただし、\begin{eqnarray*}
X &=&\left\{ x\in \mathbb{R} \ |\ \cos \left( x\right) \not=0\right\} \\
&=&\mathbb{R} \backslash \left\{ \frac{\left( \pm 1\right) \pi }{2},\frac{\left( \pm
3\right) \pi }{2},\frac{\left( \pm 5\right) \pi }{2},\cdots \right\}
\end{eqnarray*}です。\(f\)の定義域\(X\)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は正接関数であるため\(X\)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(X\)上でルベーグ可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は指数関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でルベーグ可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} _{++}\)はルベーグ可測集合であるとともに\(f\)は指数関数であるため\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} _{++}\)上でルベーグ可測関数です。
ルベーグ可測集合上に定義された連続な拡大実数値関数はルベーグ可測関数
実数空間\(\mathbb{R} \)および\(\mathbb{R} \)上のルベーグ可測集合族\(\mathfrak{M}_{\mu }\)からなる可測空間\begin{equation*}\left( \mathbb{R} ,\mathfrak{M}_{\mu }\right)
\end{equation*}が与えられているものとします。さらに、ルベーグ可測集合\(X\in \mathfrak{M}_{\mu }\)を選んだ上で、\(X\)を定義域とする拡大実数値関数\begin{equation*}f:\mathbb{R} \supset X\rightarrow \overline{\mathbb{R} }
\end{equation*}を定義します。
このような拡大実数値関数\(f\)が定義域\(X\)上で連続である場合、\(f\)は\(X\)上で拡大実数値ルベーグ可測関数になります。
\end{equation*}がルベーグ可測であるか検討できます。このような関数\(f\)が\(\mathbb{R} \)上で連続である場合には、先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上で拡大実数値ルベーグ可測関数です。
\begin{array}{cl}
\ln \left( x\right) & \left( if\ x>0\right) \\
-\infty & \left( if\ x=0\right)
\end{array}\right.
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} _{+}\)はルベーグ可測集合です。対数関数は\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続であるため\(f\)は\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続です。また、\begin{eqnarray*}\lim_{x\rightarrow 0+}f\left( x\right) &=&\lim_{x\rightarrow 0+}\ln \left(
x\right) \\
&=&-\infty \\
&=&f\left( 0\right) \quad \because f\text{の定義}
\end{eqnarray*}であるため、\(f\)は点\(0\)において右側連続です。したがって\(f\)は\(\mathbb{R} _{+}\)上で連続であるため、先の命題より\(f\)は\(\mathbb{R} _{+}\)上で拡大実数値ルベーグ可測です。
ボレル集合上に定義された連続な実数値関数はボレル可測関数
実数空間\(\mathbb{R} \)および\(\mathbb{R} \)上のボレル集合族\(\mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \)からなる可測空間\begin{equation*}\left( \mathbb{R} ,\mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \right)
\end{equation*}が与えられているものとします。さらに、ボレル集合\(X\in \mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \)を選んだ上で、\(X\)を定義域とする関数\begin{equation*}f:\mathbb{R} \supset X\rightarrow \mathbb{R} \end{equation*}を定義します。
このような関数\(f\)が定義域\(X\)上で連続である場合、\(f\)は\(X\)上でボレル可測関数になります。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はボレル集合であるとともに\(f\)は恒等関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でボレル可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はボレル集合であるとともに\(f\)は正弦関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でボレル可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はボレル集合であるとともに\(f\)は余弦関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でボレル可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。ただし、\begin{eqnarray*}
X &=&\left\{ x\in \mathbb{R} \ |\ \cos \left( x\right) \not=0\right\} \\
&=&\mathbb{R} \backslash \left\{ \frac{\left( \pm 1\right) \pi }{2},\frac{\left( \pm
3\right) \pi }{2},\frac{\left( \pm 5\right) \pi }{2},\cdots \right\}
\end{eqnarray*}です。\(f\)の定義域\(X\)はボレル集合であるとともに\(f\)は正接関数であるため\(X\)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(X\)上でボレル可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} \)はボレル集合であるとともに\(f\)は指数関数であるため\(\mathbb{R} \)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上でボレル可測関数です。
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} _{++}\)はボレル集合であるとともに\(f\)は指数関数であるため\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続です。したがって先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} _{++}\)上でボレル可測関数です。
ボレル集合上に定義された連続な拡大実数値関数はボレル可測関数
実数空間\(\mathbb{R} \)および\(\mathbb{R} \)上のボレル集合族\(\mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \)からなる可測空間\begin{equation*}\left( \mathbb{R} ,\mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \right)
\end{equation*}が与えられているものとします。さらに、ボレル集合\(X\in \mathfrak{B}\left( \mathbb{R} \right) \)を選んだ上で、\(X\)を定義域とする拡大実数値関数\begin{equation*}f:\mathbb{R} \supset X\rightarrow \overline{\mathbb{R} }
\end{equation*}を定義します。
このような拡大実数値関数\(f\)が定義域\(X\)上で連続である場合、\(f\)は\(X\)上で拡大実数値ボレル可測関数になります。
\end{equation*}がボレル可測であるか検討できます。このような関数\(f\)が\(\mathbb{R} \)上で連続である場合には、先の命題より、\(f\)は\(\mathbb{R} \)上で拡大実数値ボレル可測関数です。
\begin{array}{cl}
\ln \left( x\right) & \left( if\ x>0\right) \\
-\infty & \left( if\ x=0\right)
\end{array}\right.
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)の定義域\(\mathbb{R} _{+}\)はボレル可測集合です。対数関数は\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続であるため\(f\)は\(\mathbb{R} _{++}\)上で連続です。また、\begin{eqnarray*}\lim_{x\rightarrow 0+}f\left( x\right) &=&\lim_{x\rightarrow 0+}\ln \left(
x\right) \\
&=&-\infty \\
&=&f\left( 0\right) \quad \because f\text{の定義}
\end{eqnarray*}であるため、\(f\)は点\(0\)において右側連続です。したがって\(f\)は\(\mathbb{R} _{+}\)上で連続であるため、先の命題より\(f\)は\(\mathbb{R} _{+}\)上で拡大実数値ボレル可測です。
演習問題
\begin{array}{cc}
\frac{1}{x^{2}} & \left( if\ x\not=0\right) \\
+\infty & \left( if\ x=0\right)\end{array}\right.
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)はルベーグ可測ないしボレル可測でしょうか。議論してください。
\begin{array}{cc}
\tan \left( x\right) & \left( if\ x\not=\frac{\pi }{2}\right) \\
+\infty & \left( if\ x=\frac{\pi }{2}\right)\end{array}\right.
\end{equation*}を定めるものとします。\(f\)はルベーグ可測ないしボレル可測でしょうか。議論してください。
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