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गणित में, समष्टित: समाकलनीय फलन (जिसे कभी-कभी समष्टित: सारांशित फलन भी कहा जाता है)[1] एक ऐसा फलन (गणित) है जो परिभाषा के अपने डोमेन के प्रत्येक कॉम्पैक्ट उपसमुच्चय पर पूर्णांकीय है (इसलिए इसका अभिन्न अंग परिमित है)। ऐसे फलन का महत्व इस तथ्य में निहित है कि उनका फलन समष्टि Lp समष्टि के समान है रिक्त

समष्टि, किन्तु इसके सदस्यों को अपने डोमेन की सीमा पर अपने व्यवहार पर किसी भी विकास प्रतिबंध को पूरा करने की आवश्यकता नहीं है (यदि डोमेन असीमित है सीमा अनंत पर): दूसरे शब्दों में, समष्टित: समाकलनीय फलन डोमेन सीमा पर इच्छानुसार तेजी से बढ़ सकते हैं, किन्तु अभी भी सामान्य समाकलनीय फलनों के समान ही प्रबंधनीय हैं।

परिभाषा

मानक परिभाषा

परिभाषा 1.[2] मान लीजिए कि यूक्लिडियन समष्टि में Ω विवृत समुच्चय बनें और f : Ω → लेब्सेग माप मापने योग्य फलन बनें। यदि Ω पर f इस प्रकार कि

अर्थात इसका लेब्सग इंटीग्रल Ω के सभी कॉम्पैक्ट उपसमुच्चय K पर परिमित है,[3] तब f को समष्टित: इंटीग्रेबल कहा जाता है। ऐसे सभी फलनों का समुच्चय (गणित) L1,loc(Ω) द्वारा दर्शाया जाता है :

जहां के फलन समुच्चय K पर f के प्रतिबंध को दर्शाता है।

समष्टित: समाकलनीय फलन की मौलिक परिभाषा में केवल सैद्धांतिक और टोपोलॉजिकल अवधारणाओं को मापना सम्मिलित है[4] और इसे टोपोलॉजिकल माप समष्टि (X, Σ, μ) पर समष्टि-मूल्यवान फलनों के लिए अमूर्त पर ले जाया जा सकता है :[5] चूँकि , चूँकि ऐसे फलन का सबसे सामान्य अनुप्रयोग यूक्लिडियन रिक्त समष्टि पर वितरण सिद्धांत के लिए है,[2] इसमें और निम्नलिखित अनुभागों की सभी परिभाषाएँ स्पष्ट रूप से केवल इस महत्वपूर्ण स्थितियों से संबंधित हैं।

एक वैकल्पिक परिभाषा

परिभाषा 2.[6] मान लीजिए कि यूक्लिडियन समष्टि में Ω विवृत समुच्चय है . फिर फलन (गणित) f : Ω → ऐसा है कि

प्रत्येक परीक्षण फलन के लिए φC 
c
 
(Ω)
को समष्टित: पूर्णांक कहा जाता है, और ऐसे फलनों के समुच्चय को L1,loc(Ω) कें द्वारा दर्शाया जाता है। यहाँ C 
c
 
(Ω)
सभी अपरिमित रूप से भिन्न-भिन्न फलनों के समुच्चय φ : Ω → को दर्शाता है समर्थन (गणित) कॉम्पैक्ट समर्थन के साथ Ω सम्मिलित है।

इस परिभाषा की जड़ें निकोलस बॉर्बकी स्कूल द्वारा विकसित टोपोलॉजिकल सदिश समष्टि पर सतत रैखिक फलनात्मक की अवधारणा के आधार पर माप और एकीकरण सिद्धांत के दृष्टिकोण में हैं:[7] यह स्ट्रिचर्ट्ज़ (2003) और द्वारा भी अपनाया गया है। माज़्या & शापोशनिकोवा (2009, p. 34).[8] यह "वितरण सिद्धांत" संबंधी परिभाषा मानक के समतुल्य है, जैसा कि निम्नलिखित लेम्मा प्रमेय सिद्ध करता है:

लेम्मा 1. दिया गया फलन f : Ω → परिभाषा 1 के अनुसार समष्टित: समाकलनीय है यदि और केवल यदि यह परिभाषा 2 के अनुसार समष्टित: पूर्णीकृत है, अर्थात।

लेम्मा 1 का प्रमाण

यदि भाग: मान लीजिए φC 
c
 
(Ω)
एक परीक्षण फलन हो। यह अपने सर्वोच्च मानदंड ||φ|| से चरम मूल्य प्रमेय है , मापने योग्य, और इसमें समर्थन (गणित) कॉम्पैक्ट समर्थन है, इसलिए इसे K कहते हैं।

द्वारा परिभाषा 1.

केवल यदि भाग: मान लीजिए K विवृत समुच्चय Ω का एक संहत उपसमुच्चय है। हम पहले परीक्षण फलन φKC 
c
 
(Ω)
का निर्माण करेंगे जो K के संकेतक फ़ंक्शन χK को प्रमुखता देता है। K और सीमा ∂Ω के बीच सामान्य निर्धारित दूरी सख्ती से शून्य से अधिक है, अर्थात।

इसलिए वास्तविक संख्या δ चुनना संभव है जैसे कि Δ > 2δ > 0 (यदि ∂Ω खाली समुच्चय है, तब Δ = ∞ लें). मान लीजिए कि Kδ और K2δ क्रमशः K के बंद δ-पड़ोस और 2δ-पड़ोस को दर्शाते हैं। वे वैसे ही कॉम्पैक्ट और संतुष्ट हैं

अब फलन φK : Ω → को परिभाषित करने के लिए कनवल्शन का उपयोग करें‚

जहां φδ मानक सकारात्मक सममिति का उपयोग करके निर्मित एक मोलिफ़ायर है। स्पष्ट रूप से φK इस अर्थ में गैर-ऋणात्मक है कि φK ≥ 0, असीम रूप से भिन्न, और इसका समर्थन K2δ में निहित है , विशेष रूप से यह परीक्षण फलन है। चूँकि सभी xK के लिए φK(x) = 1 हमारे पास वह χKφK. है।

मान लीजिए परिभाषा 2 के अनुसार f एक समष्टित: समाकलनीय फलन बनें . तब

चूँकि यह Ω के प्रत्येक कॉम्पैक्ट उपसमुच्चय K के लिए प्रयुक्त होता है, फ़ंक्शन f परिभाषा 1 के अनुसार समष्टित: पूर्णांकित है। □

सामान्यीकरण: समष्टित: पी-अभिन्न फलन

परिभाषा 3.[9] मान लीजिए कि यूक्लिडियन समष्टि में Ω विवृत समुच्चय है और f : Ω → एक लेबेस्ग्यू मापने योग्य फलन हो। यदि, 1 ≤ p ≤ +∞ के साथ दिए गए p के लिए, f संतुष्ट करता है

अर्थात, यह Ω के सभी कॉम्पैक्ट उपसमुच्चय K के लिए Lp(K) से संबंधित है, तो f को समष्टित: p-इंटीग्रेबल या p-समष्टित: इंटीग्रेबल भी कहा जाता है।[9] ऐसे सभी फलनों का समुच्चय Lp,loc(Ω) द्वारा दर्शाया गया है:

एक वैकल्पिक परिभाषा, जो पूरी तरह से समष्टित: समाकलनीय फलनों के लिए दी गई परिभाषा के समान है, समष्टित: पी-पूर्णांक फलनों के लिए भी दी जा सकती है: यह इस खंड में दी गई परिभाषा के समतुल्य भी हो सकती है और सिद्ध भी हो सकती है।[10] उनकी स्पष्ट उच्च व्यापकता के अतिरिक्त, समष्टित: पी-अभिन्न फलन प्रत्येक पी के लिए समष्टित: पूर्णांक फलन का एक उपसमूह बनाते हैं जैसे कि 1 < p ≤ +∞.[11]

संकेतन

विभिन्न ग्लिफ़ के अतिरिक्त जिनका उपयोग अपरकेस L के लिए किया जा सकता है,[12] समष्टित: समाकलनीय फलनों के समुच्चय के अंकन के लिए कुछ प्रकार हैं

गुण

एलp,loc सभी p ≥ 1 के लिए पूर्ण मीट्रिक समष्टि है

प्रमेय 1.[13] Lp,loc एक पूर्ण मीट्रिक समष्टि है: इसकी टोपोलॉजी निम्नलिखित मीट्रिक (गणित) द्वारा उत्पन्न की जा सकती है:

जहां{ωk}k≥1 ऐसे गैर खाली विवृत समुच्चयों का परिवार है

  • ωk ⊂⊂ ωk+1, कारण है कि ωk को कॉम्पैक्ट रूप से सम्मिलित किया गया है ωk+1 अर्थात यह समुच्चय है जिसमें कॉम्पैक्ट क्लोजर को उच्च सूचकांक के समुच्चय में सख्ती से सम्मिलित किया गया है।
  • kωk = Ω.
  • , के ∈ सेमिनोर्म का अनुक्रमित परिवार है, जिसे इस प्रकार परिभाषित किया गया है

सन्दर्भों में (गिल्बर्ग & ट्रूडिंगर 1998, p. 147), (माज़्या & पोबोर्ची 1997, p. 5), (माज़्या 1985, p. 6) और (माज़्या 2011, p. 2), यह प्रमेय बताया गया है किन्तु औपचारिक आधार पर सिद्ध नहीं किया गया है:[14] अधिक सामान्य परिणाम का पूर्ण प्रमाण, जिसमें यह भी सम्मिलित है, (मीस & वोग्ट 1997, p. 40) में पाया जाता है .

Lp सभी p ≥ 1 के लिए L1,loc का एक उपसमष्टि है

प्रमेय 2. Lp(Ω), 1 ≤ p ≤ +∞ से संबंधित प्रत्येक फलन f जहां Ω का विवृत उपसमुच्चय है , समष्टित: समाकलनीय है।

प्रमाण । स्थिति p = 1 तुच्छ है, इसलिए प्रमाण की अगली कड़ी में यह मान लिया गया है कि 1 < p ≤ +∞. के एक सघन उपसमुच्चय K के विशिष्ट फलन χK पर विचार करें: फिर, p ≤ +∞ के लिए,

कहाँ

  • q धनात्मक संख्या है जैसे कि 1/p + 1/q = 1 किसी प्रदत्त के लिए 1 ≤ p ≤ +∞
  • |K| कॉम्पैक्ट समुच्चय का लेबेस्ग माप है K

फिर Lp(Ω) से संबंधित किसी भी f के लिए, होल्डर की असमानता से, गुणनफल(गणित) K समाकलनीय फलन है अर्थात L1(Ω) संबंधित है और

इसलिए

ध्यान दें कि चूँकि निम्नलिखित असमानता सत्य है

प्रमेय केवल समष्टित: पी-अभिन्न फलनों के समष्टि से संबंधित फलनों f के लिए भी सत्य है, इसलिए प्रमेय निम्नलिखित परिणाम का भी तात्पर्य करता है।

परिणाम 1. प्रत्येक फलन में , , समष्टित: समाकलनीय है, i. इ। से संबंधित .

नोट: यदि का विवृत उपसमुच्चय है वह भी परिबद्ध है, सीमा में मानक समावेशन होता है जो उपरोक्त समावेशन को देखते हुए समझ में आता है . किन्तु इनमें से पहला कथन सत्य नहीं है यदि परिबद्ध नहीं है; सीमा यह अभी भी सच है किसी के लिए , किन्तु ऐसा नहीं . इसे देखने के लिए, सामान्यतः फलन पर विचार किया जाता है , जो इसमें है किन्तु अंदर नहीं किसी भी परिमित के लिए .

L1,loc बिल्कुल निरंतर माप का घनत्व का समष्टि है

प्रमेय 3. फलन f पूर्ण निरंतरता का घनत्व फलन (माप सिद्धांत) है उपायों की पूर्ण निरंतरता यदि और केवल यदि .

इस परिणाम का प्रमाण (श्वार्ट्ज 1998, p. 18) द्वारा चित्रित किया गया है। अपने कथन को दोबारा दोहराते हुए, यह प्रमेय दावा करता है कि प्रत्येक समष्टित: पूर्णांकीय फलन एक बिल्कुल निरंतर माप को परिभाषित करता है और इसके विपरीत, प्रत्येक बिल्कुल निरंतर उपाय एक समष्टित: पूर्णांकीय फलन को परिभाषित करता है: यह, अमूर्त माप सिद्धांत ढांचे में, महत्वपूर्ण रेडॉन-निकोडिम प्रमेय का रूप भी है स्टैनिस्लाव साक्स ने अपने ग्रंथ में दिया है।[15]

उदाहरण

  • वास्तविक रेखा पर परिभाषित स्थिर फलन 1 समष्टित: पूर्णांकीय है किन्तु विश्व स्तर पर पूर्णांकित नहीं है क्योंकि वास्तविक रेखा में अनंत माप है। अधिक सामान्यतः, स्थिरांक (गणित), निरंतर फलन[16] और पूर्णांकीय फलन समष्टित: समाकलनीय होते हैं।[17]
  • फलनक्रम x ∈ (0, 1) के लिए समष्टित: है किन्तु वैश्विक रूप से (0, 1) पर समाकलनीय नहीं है। यह समष्टित: समाकलनीय है क्योंकि किसी भी कॉम्पैक्ट समुच्चय K ⊆ (0, 1) की 0 से धनात्मक दूरी है और f इसलिए K पर घिरा है। यह उदाहरण प्रारंभिक दावे को रेखांकित करता है कि समष्टित: समाकलनीय फलनों को सीमा के पास विकास की स्थिति की संतुष्टि की आवश्यकता नहीं है परिबद्ध डोमेन.
  • फलनक्रम
समष्टित: x = 0 समाकलनीय नहीं है : यह वास्तव में इस बिंदु के निकट समष्टित: पूर्णांकित है क्योंकि इसे सम्मिलित किए बिना प्रत्येक कॉम्पैक्ट समुच्चय पर इसका अभिन्न अंग परिमित है। औपचारिक रूप से बोलते हुए, 1/xL1,loc( \ 0):[18] चूँकि , इस फलन को संपूर्ण वितरण तक बढ़ाया जा सकता है कॉची प्रमुख मूल्य के रूप में है।[19]
  • पिछला उदाहरण प्रश्न उठाता है: क्या प्रत्येक फलन जो Ω में समष्टित: समाकलनीय है संपूर्ण के लिए विस्तार स्वीकार करें वितरण के रूप में? उत्तर ऋणात्मक है, और प्रतिउदाहरण निम्नलिखित फलन द्वारा प्रदान किया गया है:
किसी भी वितरण को परिभाषित नहीं करता है .[20]
  • निम्नलिखित उदाहरण , पिछले उदाहरण के समान, फलन से संबंधित है L1,loc(\ 0) जो अनियमित विलक्षणता वाले अवकल ऑपरेटरों के लिए वितरण के सिद्धांत के अनुप्रयोग में प्राथमिक प्रति-उदाहरण के रूप में फलन करता है:
जहां k1 और k2 समष्टि संख्या हैं, निम्नलिखित प्राथमिक फ़्यूचियन अंतर समीकरण का सामान्य समाधान है | प्रथम क्रम के गैर-फ़ुचियन अंतर समीकरण
फिर यह समग्र रूप से किसी भी वितरण को परिभाषित नहीं करता है , यदि k1 या k2 शून्य नहीं हैं: ऐसे समीकरण का एकमात्र वितरणात्मक वैश्विक समाधान शून्य वितरण है, और इससे पता चलता है कि, अंतर समीकरणों के सिद्धांत की इस शाखा में, वितरण के सिद्धांत के तरीकों से समान सफलता की उम्मीद नहीं की जा सकती है समान सिद्धांत की अन्य शाखाओं में, विशेष रूप से स्थिर गुणांक वाले रैखिक अंतर समीकरणों के सिद्धांत में।[21]

अनुप्रयोग

समष्टित: समाकलनीय फलन वितरण (गणित) में प्रमुख भूमिका निभाते हैं और वह फलन (गणित) और फलन समष्टि के विभिन्न वर्गों की परिभाषा में होते हैं, जैसे कि बाध्य भिन्नता। इसके अतिरिक्त, वह रेडॉन-निकोडिम प्रमेय में प्रत्येक माप के बिल्कुल निरंतर भाग को चिह्नित करके प्रकट होते हैं।

यह भी देखें

  • कॉम्पैक्ट समुच्चय
  • वितरण (गणित)
  • लेब्सग्यू का घनत्व प्रमेय
  • लेब्सेग विभेदन प्रमेय
  • लेब्सग इंटीग्रल
  • एलपी समष्टि

टिप्पणियाँ

  1. According to Gel'fand & Shilov (1964, p. 3).
  2. 2.0 2.1 See for example (Schwartz 1998, p. 18) and (Vladimirov 2002, p. 3).
  3. Another slight variant of this definition, chosen by Vladimirov (2002, p. 1), is to require only that K ⋐ Ω (or, using the notation of Gilbarg & Trudinger (2001, p. 9), K ⊂⊂ Ω), meaning that K is strictly included in Ω i.e. it is a set having compact closure strictly included in the given ambient set.
  4. The notion of compactness must obviously be defined on the given abstract measure space.
  5. This is the approach developed for example by Cafiero (1959, pp. 285–342) and by Saks (1937, chapter I), without dealing explicitly with the locally integrable case.
  6. See for example (Strichartz 2003, pp. 12–13).
  7. This approach was praised by Schwartz (1998, pp. 16–17) who remarked also its usefulness, however using Definition 1 to define locally integrable functions.
  8. Be noted that Maz'ya and Shaposhnikova define explicitly only the "localized" version of the Sobolev space Wk,p(Ω), nevertheless explicitly asserting that the same method is used to define localized versions of all other Banach spaces used in the cited book: in particular, Lp,loc(Ω) is introduced on page 44.
  9. 9.0 9.1 See for example (Vladimirov 2002, p. 3) and (Maz'ya & Poborchi 1997, p. 4).
  10. As remarked in the previous section, this is the approach adopted by Maz'ya & Shaposhnikova (2009), without developing the elementary details.
  11. Precisely, they form a vector subspace of L1,loc(Ω): see Corollary 1 to Theorem 2.
  12. See for example (Vladimirov 2002, p. 3), where a calligraphic is used.
  13. See (Gilbarg & Trudinger 1998, p. 147), (Maz'ya & Poborchi 1997, p. 5) for a statement of this results, and also the brief notes in (Maz'ja 1985, p. 6) and (Maz'ya 2011, p. 2).
  14. Gilbarg & Trudinger (1998, p. 147) and Maz'ya & Poborchi (1997, p. 5) only sketch very briefly the method of proof, while in (Maz'ja 1985, p. 6) and (Maz'ya 2011, p. 2) it is assumed as a known result, from which the subsequent development starts.
  15. According to Saks (1937, p. 36), "If E is a set of finite measure, or, more generally the sum of a sequence of sets of finite measure (μ), then, in order that an additive function of a set (𝔛) on E be absolutely continuous on E, it is necessary and sufficient that this function of a set be the indefinite integral of some integrable function of a point of E". Assuming (μ) to be the Lebesgue measure, the two statements can be seen to be equivalent.
  16. See for example (Hörmander 1990, p. 37).
  17. See (Strichartz 2003, p. 12).
  18. See (Schwartz 1998, p. 19).
  19. See (Vladimirov 2002, pp. 19–21).
  20. See (Vladimirov 2002, p. 21).
  21. For a brief discussion of this example, see (Schwartz 1998, pp. 131–132).

संदर्भ

बाप्रत्येकी संबंध