А.Н.Шерстнев - Математический анализ
..pdfx211. zARQDY
1. dO SIH POR PRI IZU^ENII INTEGRALA OSNOWNYM OB_EKTOM NA[EGO WNIMANIQ BYLI INTEGRIRUEMYE FUNKCII. oBLASTX INTEGRIROWANIQ FIK- SIROWALASX (\TO BYLO LIBO MNOVESTWO E, LIBO NEKOTOROE EGO IZMERIMOE PODMNOVESTWO X ). eSLI, NAPROTIW, ZAFIKSIROWATX NEKOTORU@ INTEGRI- RUEMU@ FUNKCI@ f , TO FUNKCIQ
(1) |
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(X 2 A) |
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1 X . oTLI^IE \TOJ FUNKCII MNOVESTWA OT MERY SOSTOIT W TOM, ^TO
nP=1 n
ONA NE OBQZATELXNO POLOVITELXNA.
2. kOMPLEKSNAQ -ADDITIWNAQ FUNKCIQ, OPREDELENNAQ• NA -ALGEBRE MNOVESTW, NAZYWAETSQ ZARQDOM. zARQD, PRINIMA@]IJ WE]ESTWENNYE ZNA- ^ENIQ, NAZYWAETSQ WE]ESTWENNYM. zARQD, OPREDELENNYJ• RAWENSTWOM (1),
NAZYWAETSQ NEOPREDEL•ENNYM INTEGRALOM lEBEGA FUNKCII f.
dLQ ZARQDA : A ! C , GDE A | -ALGEBRA PODMNOVESTW MNOVESTWA E, WWEDEM• WSPOMOGATELXNU@ FUNKCI@
k k(A) supfj Xj : X A; X 2 Ag:
|TA FUNKCIQ NE MOVET PRINIMATX NESOBSTWENNOE ZNA^ENIE +1:
3. kAVDYJ ZARQD : A ! C OGRANI^EN: k k(E) < +1.
pUSTX, NAPROTIW, NA NEKOTOROM PROSTRANSTWE (E; A) SU]ESTWUET NEOGRANI^ENNYJ ZARQD : A ! C , TO ESTX k k(E) = +1. pOSTROIM TOGDA POSLEDOWATELXNOSTX Xn POPARNO NEPERESEKA@]IHSQ MNOVESTW IZ A TAKIH,
^TO j Xnj > 1 (n = 1; 2; : : :). |TO NEMEDLENNO PRIWODIT K PROTIWORE^I@, |
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j Xn+1j > 1 I k k(( P Xk )c ) = +1: >
k=1
4. z A M E ^ A N I E. eSLI : A ! C | ZARQD, TO ON ODNOZNA^NO PREDSTAWIM W WIDE = 1 + i 2, GDE k (k = 1; 2) | WE]ESTWENNYE ZARQDY:
1X Re X; 2X Im X (X 2 A); FUNKCII k (k = 1; 2) -ADDITIWNY (!!). tAKIM OBRAZOM, IZU^ENIE KOMPLEKSNYH ZARQDOW SWODITSQ K IZU^ENI@ WE]ESTWENNYH ZARQDOW, I MY OGRANI^IMSQ IZU^ENIEM POSLEDNIH.
sLEDU@]EE UTWERVDENIE GLASIT, ^TO KAVDYJ WE]ESTWENNYJ ZARQD \POLQRIZUETSQ" (\TO, KSTATI, OPRAWDYWAET TERMIN \ZARQD"). ~TOBY EGO SFORMULIROWATX, WWEDEM• DWA KLASSA MNOVESTW, SWQZANNYH S ZARQDOM :
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PRIMENIMO K Z0nZ1: SU]ESTWUET |
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I W SILU (2) 9n 2 |
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); S DRUGOJ STORONY, |
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Z Z0n k=1 Zk |
, I PO OPREDELENI@ POSLEDOWATELXNOSTI Zn |
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Z < kn , 1g. pRI \TOM Z |
= Z0 , nP=1 |
Zn Z0 < 0; Z T A = ; I |
353
PO\TOMU Z +A 2 A,, TO ESTX (Z +A) = Z + < , ^TO PROTIWORE^IT OPREDELENI@ . iTAK, Ac 2 A+ : >
6. s L E D S T W I E. kAVDYJ WE]ESTWENNYJ ZARQD PREDSTAWIM W WIDE RAZNOSTI DWUH MER.
|
|
! |
|
2+ |
|
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pUSTX : A |
|
R | ZARQD I A |
|
A, | MNOVESTWO W TEOREME hANA. |
oPREDELIM OTOBRAVENIQ : A ! R |
RAWENSTWAMI: |
+X (XAc); ,X , (XA) (X 2 A);
QWLQ@TSQ, O^EWIDNO, MERAMI. pRI \TOM X = (XAc) + (XA) =
+X , ,X (X 2 A), TO ESTX = + , ,: >
7.u P R A V N E N I E. nAJDITE MNOVESTWO A, OTWE^A@]EE TREBOWANIQM TEOREMY hANA DLQ NEOPREDELENNOGO• INTEGRALA lEBEGA (1).
8.uBEDITESX, ^TO DLQ KAVDOGO ZARQDA : A ! C KORREKTNO OPREDE-
LENA EGO WARIACIQ:
nn
|
|
|
k kv sup |
X |
j (Xi )j; |
X |
Xi = E; Xi |
2 A |
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(WERHNQQ GRANX BER<TSQ PO WSEWOZMOVNYM KONE^NYM RAZBIENIQM MNOVEST- |
|||||||||||||
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pOKAVITE |
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^TO DLQ WE]ESTWENNOGO ZARQDA |
|
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: k kv = (E)+ , (E ), |
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, , (SM. P. 6). |
|
|
|
|
|
|
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9. pOKAVITE, ^TO DLQ NEOPREDEL<NNOGO INTEGRALA (1) S KOMPLEKSNOJ |
INTEGRIRUEMOJ FUNKCIEJ f : k kv = Z jfj d .
x212. aBSOL@TNO NEPRERYWNYE FUNKCII MNOVESTWA
1. pO ANALOGII S 200.1 ZARQD : A ! C NAZYWAETSQ ABSOL@TNO NEPRERYWNYM OTNOSITELXNO MERY , ZADANNOJ NA TOJ VE -ALGEBRE (OBO- ZNA^ENIE ), ESLI X = 0 ) X = 0.
sWOJSTWO 207.9 OZNA^AET, ^TO NEOPREDELENNYJ• INTEGRAL lEBEGA AB- SOL@TNO NEPRERYWEN OTNOSITELXNO SOOTWETSTWU@]EJ MERY. wOZNIKAET WOPROS, HARAKTERIZUET LI \TO SWOJSTWO NEOPREDELENNYJ• INTEGRAL? pOLO- VITELXNYJ OTWET DA•ET TEOREMA rADONA-nIKODIMA (P. 3).
2. l E M M A. eSLI I | MERY, 0 6 , TO SU]ESTWU@T " > 0 I A 2 A+," TAKIE, ^TO A > 0.
354
|
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2 |
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|||||||||||||||||||||||||||||
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|
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1 |
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n ( An > 0), I OSTALOSX POLOVITX " = |
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; A = An: |
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3. t E O R9E M A [i. rADON, o. nIKODIM]. pUSTX | MERA NA NEKO- |
TOROJ -ALGEBRE A I WE]ESTWENNYJ ZARQD . tOGDA SU]ESTWUET I OPREDELENA ODNOZNA^NO (S TO^NOSTX@ DO \KWIWALENTNOSTI) IZMERIMAQ FUNKCIQ f TAKAQ, ^TO
X = Z f d (X 2 A):
X
tAK KAK KAVDYJ WE]ESTWENNYJ ZARQD PREDSTAWIM W WIDE RAZNOSTI MER (SM. 211.6), MOVNO S^ITATX, ^TO | MERA. pUSTX
K = ff 2 M(E; A) j f 0; Z f d X (X 2 A)g:
X
kLASS K NE PUST (!!). pOLOVIM |
|
|
|
|
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K TAKOWA, ^TO lim |
|
fn d = . pOLOVIM |
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gn(x) = maxff1(x); : : : ; fn(x)g (x 2 E), |
I PUSTX |
|
|
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g n,1 |
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(x) = f1 (x) ; : : : ; |
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(x) = fn (x)gn(i=1 Xi ): |
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. 207.10), |
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|
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X |
|
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|
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gn d = k=1 Z fk d k=1 Xk = X (X 2 A): |
355
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pRI \TOM g1 |
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g2 |
|
|
|
: : :; POLOVIM f0(x) = lim gn (x) = sup fn(x). w SILU |
||||||||||||||||||||||||
208.4 f0 |
INTEGRIRUEMA I |
, |
SLEDOWATELXNO |
, |
PRINADLEVIT |
K , |
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f0 d . pOKAVEM, ^TO f0 |
|
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DOSTATO^NO USTANOWITX, ^TO |
|
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0 (X 2 A): |
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X |
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|
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pO POSTROENI@ 0 | MERA. eSLI, NAPROTIW, 0 |
0, TO W SILU P. 2 |
|||||||||||||||||||||||||||||
9" > 0 9A 2 A+0," ( A > 0). w ^ASTNOSTI, |
|
|
6 |
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(3) |
|
" (AX ) 0(AX) = (AX ) , ZAX f0 d |
(X 2 A): |
|
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rASSMOTRIM FUNKCI@ g = f0 + " A ; g |
2 |
K, TAK KAK IZ (3) |
|
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Z g d = Z |
f0 d + " XA Z f0d + (AX) (XnA) + (AX ) |
|
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X |
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(X 2 A): |
|
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s DRUGOJ STORONY, Z |
g d = Z |
f0 d + " A > , ^TO PROTIWORE^IT (2). |
||||||||||||||||||||||||||||
oSTALOSX PROWERITX |
, |
^TO |
|
f0 |
OPREDELENA ODNOZNA^NO |
S TO^NOSTX@ DO ZNA |
- |
|||||||||||||||||||||||
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2 A). |
|||||||||||||||||||||||||||||
X |
|
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= |
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Z |
h d , |
|
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Z |
hd = 0 (ZDESX, NAPRIMER, |
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|
fh<0g |
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fh |
0g |
= fx 2 Ej h(x) |
0g). w SILU 207.14 h = 0 P. W., TO ESTX f0 f : |
|
> |
|||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||||||
rASSMOTRIM ODNO POLEZNOE PRILOVENIE. |
|
|
|
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|
|
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4. pUSTX ; : A ! R+ | MERY. tOGDA SU]ESTWUET I OPREDELENO |
||||||||||||||||||||||||||||||
ODNOZNA^NO PREDSTAWLENIE |
= a+ s, |
GDE |
a; s |
| |
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, |
PRI^EM |
, |
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|
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|
|
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zAMETIM, ^TO |
+ , I PO TEOREME rADONA-nIKODIMA SU]ESTWUET |
|||||||||||||||||||||||||||||
FUNKCIQ f TAKAQ, ^TO |
|
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X = ZXf d + ZXf d (X 2 A): |
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356
w SILU UPR. 8 (SM. NIVE) 0 |
|
f |
|
|
1 P. W. OTNOSITELXNO + , A TAKVE |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
OTNOSITELXNO . pOLAGAQ A = fx j |
|
f (x) = 1g, POLU^IM IZ (4) |
|
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A = ZAd + ZAd = A + A; |
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OTKUDA A = 0. pOLOVIM sX |
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(XA); aX |
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(XAc) (X |
2 |
A). tOGDA |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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= a + s; s SINGULQRNA OTNOSITELXNO (IBO A = sA |
|
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= 0) I a |
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|
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Z c f d + |
Z c f d = |
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eSLI DOPUSTITX, |
^TO (XAc ) > 0, TO SU]ESTWUET n 2 N TAKOE, ^TO |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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1 |
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f0 f 1 , ng > 0 I |
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X\f1,n <f<1g |
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MERY s I 0 SINGULQRNY OTNOSITELXNO . pO TEOREME rADONA-nIKODIMA |
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SU]ESTWU@T FUNKCII f1 I f2 TAKIE, ^TO |
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|
oBOZNA^AQ ^EREZ MERU 00, a ( ), IMEEM PREDSTAWLENIQ = a + s =a + + ( , 00). oTS@DA s = + ( , 00). pUSTX A 2 A TAKOE, ^TO
357
A = sAc = 0. tOGDA ) A = 0; Ac sAc |
) |
Ac = 0, TO ESTX |
|||||||
0; PO\TOMU RAWENSTWO X = Z h d , Z f1 d 0 (X 2 A) OZNA^AET, |
|||||||||
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h = maxff1; f2g , f1 = 0 |
X |
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f2 f1 |
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TO ESTX |
P |
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W |
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aNALOGI^NYE |
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. ., |
|
|
|
|
RASSUVDENIQ PRIWODQT K NERAWENSTWU f1 f2 P. W., I ZNA^IT, a = a0 , A OTS@DA s = s0: >
pOLU^ENNYJ FAKT POZWOLQET UTO^NITX UTWERVDENIE 199.4.
5.pUSTX F | MERA NA B([0; 1]), POROVD•ENNAQ FUNKCIEJ F (SM. 198.3),
| LINEJNAQ MERA lEBEGA. tOGDA SU]ESTWUET I OPREDELENO ODNOZNA^NO
PREDSTAWLENIE: F |
= d + a + s, GDE d |
| DISKRETNAQ KOMPONENTA |
|||||||||||||||||||||||||||
(199.3), a , A s SINGULQRNA OTNOSITELXNO . |
|
|
|
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pOLOVIM W P |
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NEPRERYWNAQ KOMPONENTA |
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199.3), I WOZXM•EM W KA^ESTWE LINEJNU@ MERU lEBEGA NA [0; 1]: |
|
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|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
6. z A M E ^ A N I E. sOGLASNO 200.3 SU]ESTWUET ABSOL@TNO NEPRERYWNAQ |
||||||||||||||||||||||||||||
NEUBYWA@]AQ FUNKCIQ (t) (0 |
t |
1) TAKAQ, ^TO a = . pRI \TOM PO |
|||||||||||||||||||||||||||
TEOREME rADONA-nIKODIMA SU]ESTWUET INTEGRIRUEMAQ FUNKCIQ f(t) (0 |
|||||||||||||||||||||||||||||
t 1) TAKAQ, ^TO (t) =[0Z;t] f d (0 t 1). |
|
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u P R A V N E N I Q. 7. pUSTX A |
|
A; a; b |
|
R; | MERA NA A. oPREDELIM |
||||||||||||||||||||||||
ZARQD X = a (AX) + b (A X) (X |
2 A). pOKAVITE, ^TO |
I NAJDITE |
|||||||||||||||||||||||||||
FUNKCI@ f, OTWE^A@]U@ TREBOWANIQM TEOREMY rADONA-nIKODIMA. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
8. eSLI ; : A |
! R+ | MERY I (TO ESTX X |
|
X (x 2 A)), |
|||||||||||||||||||||||||
TO | NEOPREDEL•ENNYJ INTEGRAL lEBEGA NEKOTOROJ FUNKCII f , PRI^EM• |
|||||||||||||||||||||||||||||
0 f 1 P. W. OTNOSITELXNO (I OTNOSITELXNO ). |
|
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x213. pROIZWEDENIE MER |
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1. pUSTX C1; : : : ; Cn | SEMEJSTWA PODMNOVESTW SOOTWETSTWENNO MNO- |
||||||||||||||||||||||||||||
VESTW |
E1; : : : ; En . |
pROIZWEDENIEM \TIH SEMEJSTW |
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358
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. 191.1) Xk Yk 2 |
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1; 2), |
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pUSTX W OBOZNA^ENIQH |
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| POLUKOLXCA, |
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P |
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P |
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X2i (i = 1; : : : ; t); Zji |
= X1j X2i, |
||||||||||||||||||||||||
^TO OZNA^AET SPRAWEDLIWOSTX |
p |
DLQ S |
|
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|
|
|
|
3.z A M E ^ A N I E. eSLI S1 I S2 | KOLXCA MNOVESTW, TO S1 S2 NE QWLQETSQ, WOOB]E GOWORQ, KOLXCOM (SM. NIVE UPR. 6).
4.pUSTX mk | MERY (KONE^NO-ADDITIWNYE MERY) NA POLUKOLXCAH Sk (k = 1; : : : ; n). tOGDA RAWENSTWO
(2) |
m(X1 : : : Xn ) m1X1 m2X2 : : : mnXn |
(Xk 2 Sk) |
|
|
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ADDITIWNU@ MERU |
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k=1 |
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pRIWED•EM DOKAZATELXSTWO DLQ SLU^AQ n = 2. pUSTX |
|
|
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|
|
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|
|
|
|
|
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(3) |
X = X1 X2 = |
i |
X(i); X(i) = X1(i) X2(i) (i = 1; : : : ; N); |
|
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|
|
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P |
|
(i) |
|
|
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f 1 |
Xk(i) 2 Sk (k = 1; 2). |
|
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|
|
|
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|
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|
f 2 |
|
g |
|
|
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|
|
|
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w SILU 191.8 SU]ESTWU@T KONE^NYE RAZBIENIQ |
Y (j) |
; |
Y (k) |
|
|
SOOTWET- |
|
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STWENNO MNOVESTW X1 I X2 TAKIE, ^TO X1 |
QWLQ@TSQ OB_EDINENIEM NE- |
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KOTORYH Y (j), A X(i) | OB_EDINENIEM NEKOTORYH Y (k) . aDDITIWNOSTX m |
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1 |
2 |
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2 |
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SLEDUET IZ RAWENSTW |
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mX = m1X1 mX2 = |
X |
m1Y1(j)m2Y2(k) = |
X |
m1X1(i)m2X2(i) = |
X |
mX(i): |
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j;k |
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i |
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i |
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359
pUSTX m1; m2 -ADDITIWNY I 1 | LEBEGOWSKOE PRODOLVENIE m1, A IN- DEKS i W (3) PROBEGAET S^•ETNOE ^ISLO ZNA^ENIJ. oPREDELIM fi : E1 ! R
RAWENSTWAMI fi = m2X2(i) (i) (i 2 N). tOGDA
X1
P fi(x)
i
= |
P |
m2X2(i) (i) (x) = |
P |
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m2X2(i) |
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X1 |
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(i) |
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i |
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i x |
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X1 |
g |
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2 |
f j |
2 |
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= m2X2 X1 (x) (x |
E1): |
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iZ OCENKI
X Z |
f d = |
X |
m X(i)m X(i) = |
X |
mX(i) |
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mX < + |
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X1 |
1 |
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2 |
2 1 1 |
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1 |
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i |
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i |
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i |
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i |
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I 208.5 IMEEM, NAKONEC, |
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i |
mX(i) |
= |
i |
Z |
fi d 1 = Z |
( i |
fi )d 1 = m2X2 Z d 1 |
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P |
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PX1 |
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X1 |
P |
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X1 |
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= m2X2 |
m1X1 = mX: |
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> |
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5. lEBEGOWSKOE PRODOLVENIE MERY m, OPREDELENNOJ• RAWENSTWOM (2), NAZYWAETSQ PROIZWEDENIEM MER m1; : : : ; mn I OBOZNA^AETSQ m1 : : : mn.
|TO OPREDELENIE KORREKTNO W SILU P. 4. w ^ASTNOSTI, ESLI | LI- NEJNAQ MERA lEBEGA, TO PLOSKAQ MERA lEBEGA SOWPADAET S PROIZWEDENIEM
.
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u P R A V N E N I Q. 6. pUSTX S | ALGEBRA KONE^NYH OB_EDINENIJ PRO- |
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MEVUTKOW WIDA [a; b) (0 a < b 1) W MNOVESTWE E = [0; 1). pOKAVITE, |
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^TO S S NE QWLQETSQ ALGEBROJ W E |
E. |
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7. |
pUSTX Sn | POLUKOLXCA S 1 |
W MNOVESTWAH En (n 2 N). tOGDA |
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SEMEJSTWO S ^ASTEJ X MNOVESTWA |
1 En , PREDSTAWIMYH W WIDE X = |
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2 |
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1 |
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6 |
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n=1 |
1 |
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Y1 |
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Y2 |
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: : : (Yn |
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Sn ) I Yn |
= En LI[XQDLQ KONE^NOGO MNOVESTWA INDEKSOW |
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n) | POLUKOLXCO W |
n=1 |
En (ONO OBOZNA^AETSQ |
n=1 |
Sn ). eSLI mn | MERY NA |
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S |
n , |
PRI^EM |
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Q |
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N |
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TO RAWENSTWO |
Q |
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• mnEn = 1 (n 2 |
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), |
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(4)mX = m1Y1 m2Y2 : : : (X = Y1 Y2 : : :)
OPREDELQET MERU NA S.
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