Множина Віталі

Множина́ Віта́лі — історично перший приклад множини, що не має міри Лебега (невимірна множина). Цей приклад опублікував 1905 року італійський математик Джузепе Віталі.

Історія

1902 року Анрі Лебег у своїх лекціях «Leçons sur l'intégration et la recherche des fonctions primitives», сформулював теорію міри і гадав, що вона може бути застосована до довільної обмеженої множини. Але поява контрприкладів розвіяла ці сподівання. Побудова таких невимірних множин завжди спирається на аксіому вибору.

Побудова

Введемо відношення еквівалентності на відрізку :

(дійсні числа еквівалентні, якщо їх різниця є раціональним числом).

Виберемо із кожного класу еквівалентності по одному елементу (тут ми користуємося аксіомою вибору), отримана множина буде невимірною.

Справді, якщо зсунути множину зліченну кількість разів на всі раціональні числа з відрізка , то об'єднання таких множин буде включати весь відрізок і саме буде включене у відрізок .

Припустимо, що множина має міру Лебега. Тоді можливі 2 випадки:

  • Міра дорівнює нулю. Тоді міра відрізка (як зліченного об'єднання множин міри нуль) теж дорівнює нулю, що суперечить визначенню міри.
  • Міра більша нуля. Тоді, аналогічно, міра відрізка буде нескінченною, що знову суперечить визначенню.

В обох випадках приходимо до суперечності. Отже, множина Віталі не має міри Лебега.

Доведення.

Справді, якщо зсунути цю множину зліченну кількість раз, то вона заповнить весь відрізок: .

Отже, внаслідок зліченної адитивності міри Лебега .

Якби у побудованої множини була міра, то вона мала б бути не менше нуля.

Нехай , при цьому всі  — рівні один одному внаслідок інваріантності міри Лебега. Тоді внаслідок зліченної адитивності міри Лебега , що неможливо, оскільки .

Тоді нехай . Але це також неможливо, оскільки в такому випадку , що суперечить визначенню міри Лебега, бо для відрізка ця міра дорівнює за визначенням міри Лебега.

Джерела

Prefix: a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Portal di Ensiklopedia Dunia

Kembali kehalaman sebelumnya