“乘积测度给出定义域,非负可测函数可由简单函数单调逼近,单调收敛定理完成极限步骤。Fubini 定理随后处理可积有符号函数。概率中的联合密度归一化、非负级数换序和随机变量尾和公式都可看作 To…”
形式陈述 ​
设
则对几乎处处的
非负可测函数无需绝对可积性的版本属于独立的 Tonelli 定理;Fubini 本页只陈述
直觉
把二元函数先固定一个坐标,就得到一族截面函数;Fubini 说明在绝对可积时,先对哪一族截面求平均都不会改变总结果。绝对可积性排除了正负质量在不同方向上以不同次序抵消。因而“交换积分顺序”不是符号操作,而是一条关于可积性、截面可测性和乘积空间的定理。
例子与边界
矩形指标函数给出乘积测度公式
若
这里既用到乘积分布,也用到可交换的迭代积分。对双重级数,取计数测度后同一定理说明绝对可和时可任意换序;条件收敛时则可能出现不同结果。
推论与应用
乘积测度提供二重积分的底层空间,Tonelli 定理先处理非负函数,Fubini 再在绝对可积条件下处理有符号函数。独立性、卷积、积分算子和 PDE 能量计算都把复杂总量拆成截面后使用这一交换原则。高维Monte Carlo 积分可以把乘积空间上的积分整体视为一个期望;若要分坐标调换积分、条件化或重新排列估计,仍须先满足本页的可积与换序条件。
参考资料
- Gerald B. Folland, Real Analysis, 2nd ed., Wiley, 1999,§2.5, product measures, Tonelli, and Fubini。
- Walter Rudin, Real and Complex Analysis, 3rd ed., McGraw-Hill, 1987,Ch. 8, integration on product spaces。