Wiskunde · Begrippenlijst

Wat is integreerbare functie?

Ook bekend als: bijna overal

Definitie 10.9 Universitaire wiskunde — Bachelor jaar 3 · Hoofdstuk 10 — De Lebesgue-integraal

Een meetbare f ⁣:XRf \colon X \to \R (of C\C) heet integreerbaar als f ⁣dμ<\int\abs f\,\dd\mu < \infty; dan is f=f+f\int f = \int f^+ - \int f^- (positief en negatief deel; reëel en imaginair deel in het complexe geval). De integraal is lineair op de integreerbare functies (ontbind en zet weer samen op de positieve delen; het complexe geval herleidt tot het reële) en voldoet aan ff\abs{\int f} \leq \int\abs f (reëel geval: ±f=(±f)f\pm\int f = \int(\pm f) \leq \int\abs f; complex geval: vermenigvuldig met een constante van modulus 11 om de integraal reëel te maken). Een eigenschap geldt bijna overal als ze alleen op een μ\mu-nulverzameling faalt; en ff op een nulverzameling wijzigen verandert geen enkele integraal (het verschil wordt gedomineerd door 1N\infty\cdot\mathbf 1_N, met integraal 00).

Voorbeelden

Voorbeeld 10.13

1Q\mathbf 1_\Q is nergens continu: niet riemann-integreerbaar — maar voor Lebesgue triviaal: 1Q ⁣dλ=λ(Q)=0\int\mathbf 1_\Q\,\dd\lambda = \lambda(\Q) = 0. De functie van Thomae (1q\frac1q in de rationale getallen pq\frac pq en 00 elders) is precies in de irrationale punten continu: riemann-integreerbaar met integraal 00. En oneigenlijke riemannintegralen zijn een ander begrip: 0sinxx ⁣dx\int_0^\infty\frac{\sin x}x\,\dd x convergeert als limiet van 0A\int_0^A (de weekendopgave berekent hem als π2\frac\pi2), maar sinxxL1((0,+))\frac{\sin x}x \notin L^1(\intoo0{+\infty}): de absolute integraal divergeert als de harmonische reeks (Oefening 10.6). De theorie van Lebesgue ruilt voorwaardelijke convergentie in voor robuuste limietstellingen.

Voorbeeld 10.16 (De gammafunctie)

Stel voor t>0t > 0

Γ(t)=0+xt1ex ⁣dx.\Gamma(t) = \int_0^{+\infty} x^{t-1}\eu^{-x}\,\dd x .

De integraal convergeert: nabij 00 is xt1x^{t-1} integreerbaar (t>0t > 0); en in het oneindige is xt1exCex/2x^{t-1}\eu^{-x} \leq C\eu^{-x/2}. Partiële integratie (op [ε,A][\varepsilon, A], met daarna limieten via de monotone convergentie) geeft de functionaalvergelijking Γ(t+1)=tΓ(t)\Gamma(t + 1) = t\,\Gamma(t), waaruit Γ(n+1)=n!\Gamma(n+1) = n!: de faculteit geïnterpoleerd. Op elke [a,b](0,+)\intcc ab \subseteq \intoo0{+\infty} wordt t(xt1ex)=lnxxt1ex\partial_t\bigl(x^{t-1}\eu^{-x}\bigr) = \ln x\cdot x^{t-1}\eu^{-x} gedomineerd door lnx(xa1+xb1)ex\abs{\ln x}(x^{a-1} + x^{b-1})\eu^{-x}, integreerbaar: dus is Γ\Gamma C1\mathcal C^1 en, per inductie, C\mathcal C^\infty, met Γ(k)(t)=0(lnx)kxt1ex ⁣dx\Gamma^{(k)}(t) = \int_0^\infty(\ln x)^kx^{t-1}\eu^{-x}\dd x. De waarde Γ(12)=π\Gamma(\frac12) = \sqrt\pi is de gaussische integraal in vermomming (Probleem 10.1).

Lees in het hoofdstuk →