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定义Definition

几乎处处

施工中 · 内容逐步修订

Almost everywhere · Almost surely

除去一个零测集后性质在其余所有点成立。

形式陈述 ​

设 (X,A,μ) 是测度空间。称性质 P(x) 几乎处处成立(记作 a.e.),若存在可测集 N∈A 满足 μ(N)=0,使得 P(x) 对所有 x∈X∖N 成立。特别地,函数 f,g 几乎处处相等,记作 f=g a.e.,若存在某个 N∈A 使

μ(N)=0,{x∈X:f(x)≠g(x)}⊆N.

若失败集 E={x:f(x)≠g(x)} 本身可测,上述条件等价于 μ(E)=0;实值或复值可测函数的差异集就满足这一条件。一般定义以“包含于可测零集”涵盖所有失败点组成的子集。在完备测度空间中,零集的全部子集可测,两种写法一致。当 μ 是概率测度时,同一概念称为“几乎必然”(almost surely, a.s.)。

直觉

“几乎处处”按测度衡量例外,而不是数例外点的个数。零测集可以稠密,如实数中的有理数集,也可以不可数,如标准 Cantor 集。对于可测函数,修改这些点上的值不改变 Lebesgue 积分,因此积分自然把几乎处处相等的函数视为同一对象。

这也解释了为什么要指定测度:测度决定哪些集合为零。Lebesgue 测度衡量长度,Dirac 测度则把全部质量放在一个点上,它们保留的信息不同。

例子与边界

在 Lebesgue 测度下,有理数集 Q 可数,每个单点测度为零,由可数可加性 λ(Q)≤∑0=0,故 Dirichlet 函数满足 1Q=0 a.e.,尽管两个函数在一个稠密集上取值不同;相应地二者的 Lebesgue 积分相等。零测集不必可数:Cantor 集不可数,Lebesgue 测度仍为零。

"几乎"取决于测度的选取。对 Dirac 测度 δ0 而言,R∖{0} 是零测集,于是"几乎处处"意味着"在 0 这一点",与 Lebesgue 测度的视角完全颠倒。概率语境中"几乎必然"也不等于逻辑必然:在 [0,1] 上均匀取点,"取到无理数"几乎必然发生,但取到某个有理数并非不可能,只是概率为零。

零测集的可数并仍为零,所以可数个几乎处处成立的性质能在同一个零集之外同时成立。不可数族则可能积累出整个空间的例外:在 [0,1] 上令 Pt(x) 表示 x≠t。每个固定 t 只有一个失败点,故 Pt 几乎处处成立;但对任意 x,取 t=x 就使性质失败,所以没有一点满足全部 Pt。连续参数问题常借助可数稠密集与连续性,把可数个结论扩展到全部参数。

推论与应用

构造Lᵖ 空间时,把 a.e. 相等的函数归为同一个元素。对 1≤p<∞,∫|f|p=0 恰好表示 f=0 a.e.,所以取商后的范数满足“范数为零当且仅当元素为零”。

单调收敛定理与控制收敛定理允许在零集之外验证相应条件;Radon–Nikodym 密度也在 a.e. 意义下唯一。概率中的几乎必然收敛则要求存在一个概率为一的样本集合,使其上的每条样本序列都收敛。

参考资料
  • Gerald B. Folland, Real Analysis, 2nd ed., Wiley, 1999,Chs. 1–2, null sets and almost-everywhere statements。
  • Walter Rudin, Real and Complex Analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 1987,Ch. 1, null sets, completion, and equality almost everywhere。
关系图谱52 个相邻概念 · 1 类关系

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