Theorem:
假設 {fn}⊂L1 使得 ∑∞n=1∫|fn|<∞。則
(a) ∑∞n=1fn almost everywhere 收斂 。
(b) ∫∑∞n=1fn=∑∞n=1∫fn。
Proof:(a) 令{fn}⊂L1 使得 ∑∞n=1∫|fn|<∞,則我們有
∫∞∑n=1|fn|=∞∑n=1∫|fn|<∞故我們知道 ∑∞n=1|fn|∈L1 且 ∑∞n=1|fn|<∞ almost everywhere。此表明對 almost every x, ∑∞n=1fn(x) (絕對)收斂。令極限
f(x):=limN→∞N∑n=1fn(x) 故我們僅需證明此 f∈L1。注意到 對任意 N, limN∑Nn=1fn≤limN∑∞n=1|fn| a.e. 故 f≤limN∑Nn=1|fn| a.e. 由於 limN∑Nn=1|fn|∈L1 故 f∈L1。
Proof (b)
要證明 ∫∑∞n=1fn=∑∞n=1∫fn。首先觀察
∫N∑n=1fn=N∑n=1∫fn(∗)由於 ∑Nn=1fn≤∑∞n=1|fn|∈L1 且 ∑Nn=1fn→f a.e. in L1 ,由 Dominated Convergence Theorem 我們有limN→∞∫N∑n=1fn=∫limN→∞N∑n=1fn=∫∞∑n=1fn(∗∗)故對 (∗)兩邊同取極限並利用上述結果 (∗∗) 可得
∫∞∑n=1fn=∞∑n=1∫fn至此證明完畢。◻
If you can’t solve a problem, then there is an easier problem you can solve: find it. -George Polya
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