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定义Definition

Radon 测度

施工中 · 内容逐步修订

Radon measure · 拉东测度

局部紧 Hausdorff 空间上紧有限、对全部 Borel 集外正则且对开集紧内正则的测度。

形式陈述 ​

本页采用外正则版本的 Radon 约定。设 X 是局部紧 Hausdorff 空间,μ 是定义在 B(X) 上的Borel 测度,并满足:

  1. 对每个紧集 K,μ(K)<∞;
  2. 对每个 Borel 集 E,μ(E)=inf{μ(U):E⊆U, U 开};
  3. 对每个开集 U,μ(U)=sup{μ(K):K⊆U, K 紧}。

此时称 μ 为 Radon 测度。总质量可以无穷;紧有限性等价于局部有限性,因为局部紧性给出紧邻域,而有限个有限测度邻域足以覆盖一个紧集。

第三项可进一步推广到每个 σ-有限 Borel 集,特别是有限测度集;因此若 μ 本身 σ-有限,就具有全部 Borel 集的完整正则性。例如 X 是可数个紧集之并时,紧有限性立即给出这个结论。没有这种条件,开集的紧内正则性不能直接推广到所有 Borel 集。

另一个常见约定把 Radon 定义为紧有限且在全部 Borel 集上紧内正则,而不要求全局外正则。一般局部紧 Hausdorff 空间上,这两个版本可能不同;有限测度及通常的第二可数局部紧情形中,它们一致。这里固定第一种约定,以匹配下文 Cc(X) 正泛函表示的外测度构造。

直觉

Radon 测度是一种可以在有限观察窗内可靠测量的连续质量。空间即使无限大,每个紧窗口内仍只有有限质量;开窗口可由内部紧集逼近,任意 Borel 集则可从外部用开集逼近。这使局部积分既不会立刻发散,又能随几何区域的扩缩稳定变化。

局部紧性提供足够多的紧窗口,Hausdorff 性保证紧集闭并具有良好的分离行为,开集的内正则性先让紧窗口捕捉开集质量,外正则性再确定全部 Borel 集。三者共同把抽象测度变成可由连续紧支撑函数探测的对象。少掉其中一项,紧支撑测试函数可能太少,或紧集可能不能承担可靠的局部近似。

Radon 不等于概率。概率测度强调总质量为 1,Radon 强调拓扑正则与局部有限;Lebesgue 测度是 Radon 测度却不是有限测度,Dirac 概率既是概率又是 Radon。两种标签回答的是不同问题。

例子与边界

对整数 d≥1,Lebesgue 测度 λ 是 Rd 上的 Radon 测度:紧集在欧氏空间中闭且有界,故体积有限;Borel 集可由紧集和开集正则逼近。然而 λ(Rd)=∞,说明 Radon 条件从未要求全局有限。

整数点上的计数

μ=∑k∈Zδk

也是 R 上的 Radon 测度。对 R≥0,

μ([−R,R])=2⌊R⌋+1<∞,

而全空间仍有无穷质量。它展示 Radon 测度可以纯原子,也不需要相对于 Lebesgue 测度有密度。

相反,把 R 上每个点赋质量 1 的计数测度不是 Radon 测度。任意非退化紧区间含无穷多个点,计数测度为 ∞;事实上每个非空开邻域也有无穷质量,所以局部有限性失败。它仍是定义在 Borel 集上的正测度,“Borel”并不能代替“Radon”。

在第二可数的局部紧 Hausdorff 空间上,每个紧有限的 Borel 测度都是 Radon;因此实线上的局部有限测度可以直接使用这个版本。Polish 空间上的有限 Borel 测度也有紧逼近性质,但若空间不局部紧,应称其为紧概率或注明采用更广的 Radon 术语,不能省略本页的环境约定。

开集内正则不能换成全部 Borel 集内正则 ​

令 I 不可数,取互不相交的实线组成 X=I×R,其中 I 为离散空间。记 Ai={t:(i,t)∈A}。对 Borel 集定义

μ(A)={∑i:Ai≠∅λ(Ai),A 只碰到可数多个分量,+∞,A 碰到不可数多个分量,

其中 λ 是实线 Lebesgue 测度。可数并若碰到不可数多个分量,至少有一项已如此;其余情形则归结为可数个分量的测度求和,故 μ 可数可加。

紧集只碰到有限多个分量,所以 μ 紧有限。开集在每个碰到的分量中都有正长度;它的质量可由有限多个分量中的紧子集逼近。外正则性则在可数分量上逐一选开覆盖并分配可求和误差预算;碰到不可数分量时,任何开覆盖的质量都为无穷。因此 μ 满足本页的 Radon 定义。

但闭集 E=I×{0} 有 μ(E)=∞,每个紧子集却只含有限个点,质量为零。它不满足全部 Borel 集的紧内正则性。另一方面,若始终用分量 Lebesgue 质量的有限部分和上确界定义 ρ(A)=∑iλ(Ai),则 ρ(E)=0,却每个包含 E 的开集都有无穷质量,所以 ρ 不外正则。两测度对所有紧支撑连续函数给出同样的积分,正好说明表示定理必须指定采用哪种正则性。

推论与应用

对 Radon 测度 μ,每个 f∈Cc(X) 都可积,因为其支撑包含在某个紧集 K 中,且

∫X|f|dμ≤‖f‖∞μ(K)<∞.

这条简单估计是局部分析的共同接口。紧支撑连续函数可以安全地测试测度,正则性又保证这些测试足以区分不同 Radon 测度。

Riesz–Markov–Kakutani 定理把 Cc(X) 上的正线性泛函表示成唯一 Radon 测度;对 C0(X) 的有界泛函,则得到有限有符号或复 Radon 测度。弱收敛理论中,Cc(X) 测试对应可能丢失无穷远质量的 vague 收敛,而概率测度的 Cb(X) 测试还会用常数函数守住总质量。

在第二可数局部紧 Hausdorff 空间上,若非负 Borel 函数 f 对每个紧集都可积,则 fμ 是紧有限的 Borel 测度,因而仍为 Radon。连续映射的推前则需另作检查;例如两个局部紧 Hausdorff 空间之间的 proper 连续映射(紧集的逆像紧)会保持本页的 Radon 性,任意连续映射却没有这个保证。例如常值映射会把无限 Radon 测度的全部质量压到一点,产生无穷点质量,不再局部有限。

参考资料
  • Omer Tamuz 等,Graduate Real Analysis A,Caltech,2023,§6.2,Radon 定义、Theorem 6.6 与 Proposition 6.7;本页采用其中的外正则版本。

  • Gerald B. Folland, Real Analysis: Modern Techniques and Their Applications, 2nd ed., Wiley, 1999, §§7.1–7.2, Radon measures and linear functionals.

  • Vladimir I. Bogachev, Measure Theory, Vol. II, Springer, 2007, §7.1, Radon measures.

  • Walter Rudin, Real and Complex Analysis, 3rd ed., McGraw–Hill, 1987, Ch. 2, the Riesz representation theorem and regular measures.

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