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Radon 测度

Radon measure · 拉东测度

局部紧 Hausdorff 空间上对紧集有限且具有内外正则性的 Borel 测度。

条目类型
定义

形式陈述

本库固定如下常用约定。设 X局部紧 Hausdorff 空间μX 上的正则 Borel 测度。若对每个紧集 KX 都有

μ(K)<,

则称 μ 为 Radon 测度。展开而言,μ 定义在 B(X) 上、对 Borel 集外正则并可由紧子集内逼近,同时在每个紧窗口内质量有限。它不要求 μ(X)<;当 X 非紧时,总质量完全可以是无穷。

在局部紧 Hausdorff 条件下,紧有限性等价于局部有限性:每个 x 都有开邻域 U 使 μ(U)<。一个方向利用 x 的紧邻域,另一个方向用有限多个有限测度邻域覆盖给定紧集。因此文献也常把 Radon 测度写成“局部有限、内正则的 Borel 测度”,并在既定空间假设下推出外正则性。

术语没有完全统一。有些教材在任意 Hausdorff 空间上把“局部有限且内正则”称为 Radon,有些只要求开集的内正则,有些把有限 Borel 测度的紧性也纳入定义。本页所有定理均按首段约定理解;把外部结论移入时,应逐项核对空间分离性、内正则所覆盖的集合类以及紧集有限性。

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;窗口内部可用更小紧集逼近,窗口外部可用开集包围。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,正则性则让这些窗口捕捉全部 Borel 质量。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

Lebesgue 测度 λRd 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=kZδk

也是 R 上的 Radon 测度。对 R0

μ([R,R])=2R+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”。

有限 Borel 测度在良好度量空间中通常自动具有 Radon 正则性,但不能把这句话无条件推广到任意拓扑空间。尤其当紧子集不足以逼近全部质量时,有限总质量也救不了紧内正则性;需要 Polish、局部紧 Hausdorff或其他保证 tightness 的空间条件。

推论与应用

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

X|f|dμfμ(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。

f0 是局部可积函数,则 fμ 仍在适当条件下给出 Radon 测度;可连续映射的推前是否仍 Radon,则要检查映射是否 proper 或推前测度是否保持局部有限,不能只凭连续性断言。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
  • 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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