正の集合, 負の集合, 零の集合
📂測度論正の集合, 負の集合, 零の集合
定義
νを(X,E)上の符号測度としよう。そしてE,F∈Eとしよう。すると
ν(F)≥0, ∀F⊂Eの時、Eをνに対する正集合positive setまたは単にポジティブpositiveという。
ν(F)≤0, ∀F⊂Eの時、Eをνに対する負集合negative setまたは単にネガティブnegativeという。
ν(F)=0, ∀F⊂Eの時、Eをνに対する零集合null setまたは**ν-ヌル**ν-nullという。
説明
定義によると、零集合は同時に正集合であり、負集合である集合だ。正集合、負集合の定義を誤解しやすいので、正しく理解することが重要だ。μ(E)>0の時、Eを正の集合と呼ぶわけではない。Eの全ての可測な部分集合F∈Eに対してμ(F)≥0が成り立つ必要があって初めて、Eを正の集合と呼ぶ。もちろん、この条件を満たすならば自然とν(E)>0が成り立つ。要約すると以下の通り。
E is positive set for ν⟹ν(E)>0ν(E)>0⟹E is positive set for ν
これは負集合、零集合に対しても同様だ。上述の話は符号測度にのみ適用される。絶対測度については少し話が異なる。μを絶対測度とした時、常に0以上の関数値を持つので、μ(E)=0がEがν-ヌルであることと同値だ。正集合に関する話も同様だ。したがって、絶対測度に対しては、正集合、零集合という言葉を特に使う必要はない。下の図を見よう。

関数fを区間E2でリーマン積分すると、その値は確かに正だが、E2を正の集合とは呼ばない。上の図の例で、関数値が0より小さい部分が一点もない区間が正の集合だ。上の図で、E1、E3が正の集合で、E5が負の集合だ。E2、E4は正の集合でも、負の集合でも、零集合でもない。最も重要な点は、あるE∈Eが必ずしも正集合であるか、または負集合である必要がないことだ。
定理
(a) 正の集合の可測部分集合も正の集合である。
(b) 任意の正の集合の可算和も正の集合である。
証明
(a)
正の集合の定義により自明だ。
(b)
P1, P2, ⋯を正の集合としよう。そしてQnを以下のように定義しよう。
Q1=P1,Qn=Pn−(⋃j=1n−1Pj) ∀ n>1
するとQn⊂Pnであり、それぞれのQnは互いに素である。したがってQnは**(a)**により正の集合だ。また、以下の式が成立する。
⋃1∞Pj=⋃1∞Qj
今、Eを⋃1∞Pnの任意の可測な部分集合としよう。
E∈(⋃1∞Qn)=(⋃1∞Pn)
それでは、ν(E)≥0を示せば証明は完了する。Eの定義により、以下の式が成立することがわかる。
E=j=1⋃∞(Qj∩E)
それぞれのQnが互いに素であるので、符号測度の可算加法性により、以下が成立する。
ν(E)=ν(⋃j=1∞(Qj∩E))=j=1∑∞ν(Qj∩E)
この時、Qnが正の集合で、(Qj∩E)⊂Qjであるため、式の右辺は必ず0以上である。
ν(E)=j=1∑∞ν(Qj∩E)≥0
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