2 Rodziny zbiorów. 2.1 Algebry i σ - algebry zbiorów. M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 11

Podobne dokumenty
A i. i=1. i=1. i=1. i=1. W dalszej części skryptu będziemy mieli najczęściej do czynienia z miarami określonymi na rodzinach, które są σ - algebrami.

1 Działania na zbiorach

Korzystając z własności metryki łatwo wykazać, że dla dowolnych x, y, z X zachodzi

F t+ := s>t. F s = F t.

Teoria miary. Matematyka, rok II. Wykład 1

Rodzinę spełniającą trzeci warunek tylko dla sumy skończonej nazywamy ciałem (algebrą) w zbiorze X.

7 Twierdzenie Fubiniego

Teoria miary i całki

1. Struktury zbiorów 2. Miara 3. Miara zewnętrzna 4. Miara Lebesgue a 5. Funkcje mierzalne 6. Całka Lebesgue a. Analiza Rzeczywista.

G. Plebanek, MIARA I CAŁKA Zadania do rozdziału 1 28

Rodzinę F złożoną z podzbiorów zbioru X będziemy nazywali ciałem zbiorów, gdy spełnione są dwa następujące warunki.

Teoria miary. WPPT/Matematyka, rok II. Wykład 5

n=0 Dla zbioru Cantora prawdziwe są wersje lematu 3.6 oraz lematu 3.8 przy założeniu α = :

Rozdział 6. Ciągłość. 6.1 Granica funkcji

Zadania do Rozdziału X

Rozdział 4. Ciągi nieskończone. 4.1 Ciągi nieskończone

Wykład 10. Stwierdzenie 1. X spełnia warunek Borela wtedy i tylko wtedy, gdy każda scentrowana rodzina zbiorów domkniętych ma niepusty przekrój.

jest ciągiem elementów z przestrzeni B(R, R)

7. Miara, zbiory mierzalne oraz funkcje mierzalne.

1 Zbiory. 1.1 Kiedy {a} = {b, c}? (tzn. podać warunki na a, b i c) 1.2 Udowodnić, że A {A} A =.

Zasada indukcji matematycznej

Robert Kowalczyk. Zbiór zadań z teorii miary i całki

I kolokwium ze Wstępu do Teorii Miary

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 2. Aksjomatyczne ujęcie prawdopodobieństwa

Zdzisław Dzedzej. Politechnika Gdańska. Gdańsk, 2013

Ciągłość funkcji f : R R

Prawdopodobieństwo. Prawdopodobieństwo. Jacek Kłopotowski. Katedra Matematyki i Ekonomii Matematycznej SGH. 16 października 2018

Wykłady ostatnie. Rodzinę P podzbiorów przestrzeni X nazywamy σ - algebrą, jeżeli dla A, B P (2) A B P, (3) A \ B P,

1. Funkcje monotoniczne, wahanie funkcji.

Grzegorz Bobiński. Wykład monograficzny Programowanie Liniowe i Całkowitoliczbowe

zbiorów domkniętych i tak otrzymane zbiory domknięte ustawiamy w ciąg. Oznaczamy

1 Przestrzenie Hilberta

Ośrodkowość procesów, proces Wienera. Ośrodkowość procesów, proces Wienera Procesy Stochastyczne, wykład, T. Byczkowski,

Algebrą nazywamy strukturę A = (A, {F i : i I }), gdzie A jest zbiorem zwanym uniwersum algebry, zaś F i : A F i

. : a 1,..., a n F. . a n Wówczas (F n, F, +, ) jest przestrzenią liniową, gdzie + oraz są działaniami zdefiniowanymi wzorami:

I. Podstawowe pojęcia i oznaczenia logiczne i mnogościowe. Elementy teorii liczb rzeczywistych.

Egzamin z logiki i teorii mnogości, rozwiązania zadań

1 Elementy analizy funkcjonalnej

Elementy Teorii Miary i Całki

domykanie relacji, relacja równoważności, rozkłady zbiorów

LX Olimpiada Matematyczna

(b) Suma skończonej ilości oraz przekrój przeliczalnej ilości zbiorów typu G α

Notatki z Analizy Matematycznej 1. Jacek M. Jędrzejewski

Informacja o przestrzeniach Hilberta

Twierdzenie spektralne

1 Relacje i odwzorowania

Weronika Siwek, Metryki i topologie 1. (ρ(x, y) = 0 x = y) (ρ(x, y) = ρ(y, x))

Rachunek prawdopodobieństwa Rozdział 4. Zmienne losowe

f(t) f(x), D f(x) = lim sup t x oraz D f(x) = lim inf

Konstrukcja liczb rzeczywistych przy pomocy ciągów Cauchy ego liczb wymiernych

Dystrybucje, wiadomości wstępne (I)

Matematyka dyskretna. 1. Relacje

Uzupełnienia dotyczące zbiorów uporządkowanych (3 lutego 2011).

Analiza matematyczna. 1. Ciągi

Metody probabilistyczne

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Zadanie 2. Obliczyć rangę dowolnego elementu zbioru uporządkowanego N 0 N 0, gdy porządek jest zdefiniowany następująco: (a, b) (c, d) (a c b d)

8 Całka stochastyczna względem semimartyngałów

Metoda kategorii Baire a w przestrzeniach metrycznych zupełnych

MNRP r. 1 Aksjomatyczna definicja prawdopodobieństwa (wykład) Grzegorz Kowalczyk

1 Ciągłe operatory liniowe

1 Zbiory i działania na zbiorach.

Dwa równania kwadratowe z częścią całkowitą

Zbiory liczbowe widziane oczami topologa

Teoria miary WPPT IIr. semestr zimowy 2009 Wyk lady 6 i 7. Mierzalność w sensie Carathéodory ego Miara Lebesgue a na prostej

Analiza matematyczna 1 - test egzaminacyjny wersja do ćwiczeń

Wykład 21 Funkcje mierzalne. Kostrukcja i własności całki wzglȩdem miary przeliczalnie addytywnej

Indukcja. Materiały pomocnicze do wykładu. wykładowca: dr Magdalena Kacprzak

Uwaga 1. Zbiory skończone są równoliczne wtedy i tylko wtedy, gdy mają tyle samo elementów.

Zadania z Analizy Funkcjonalnej I Które z poniższych przestrzeni metrycznych są przestrzeniami unormowanymi?

Przestrzenie metryczne. Elementy Topologii. Zjazd 2. Elementy Topologii

Wykład 1: Przestrzeń probabilistyczna. Prawdopodobieństwo klasyczne. Prawdopodobieństwo geometryczne.

Kombinowanie o nieskończoności. 3. Jak policzyć nieskończone materiały do ćwiczeń

Przestrzenie wektorowe

Notatki z Analizy Matematycznej 2. Jacek M. Jędrzejewski

Dekompozycje prostej rzeczywistej

Prawdopodobieństwo i statystyka

Indukcja matematyczna. Zasada minimum. Zastosowania.

LI Olimpiada Matematyczna Rozwiązania zadań konkursowych zawodów stopnia trzeciego 3 kwietnia 2000 r. (pierwszy dzień zawodów)

Indukcja matematyczna, zasada minimum i maksimum. 17 lutego 2017

1 Przestrzenie metryczne

TEST A. A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

Grzegorz Plebanek Miara i całka skrypt do wykładu Funkcje rzeczywiste

4 Kilka klas procesów

A-1. Podaj aksjomaty przestrzeni topologicznej według W. Sierpińskiego: aksjomaty

Uwaga 1.2. Niech (G, ) będzie grupą, H 1, H 2 < G. Następujące warunki są równoważne:

1. Definicja granicy właściwej i niewłaściwej funkcji.

020 Liczby rzeczywiste

O pewnych związkach teorii modeli z teorią reprezentacji

Aproksymacja diofantyczna

Ciała i wielomiany 1. przez 1, i nazywamy jedynką, zaś element odwrotny do a 0 względem działania oznaczamy przez a 1, i nazywamy odwrotnością a);

ALGEBRA Z GEOMETRIĄ BAZY PRZESTRZENI WEKTOROWYCH

Wykład 3. Miara zewnętrzna. Definicja 3.1 (miary zewnętrznej) Funkcję µ przyporządkowującą każdemu podzbiorowi

RACHUNEK PRAWDOPODOBIEŃSTWA WYKŁAD 1. L. Kowalski, Statystyka, 2005

B jest liniowo niezależny V = lin (B) 1. Układ pusty jest bazą przestrzeni trywialnej {θ}. a i v i = i I. b i v i, (a i b i ) v i = θ.

Lista zagadnień omawianych na wykładzie w dn r. :

Zad.3. Jakub Trojgo i Jakub Wieczorek. 14 grudnia 2013

Wyk lad 9 Podpierścienie, elementy odwracalne, dzielniki zera

Prawdopodobieństwo i statystyka

Transkrypt:

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 11 2 Rodziny zbiorów 2.1 Algebry i σ - algebry zbiorów Niech X będzie niepustym zbiorem. Rodzinę indeksowaną zbiorów {A i } i I 2 X nazywamy rozbiciem zbioru X jeśli: (i) Dla każdego i I mamy A i ; (ii) A i A j = dla i j, i, j I; (ii) i I A i = X. Jeśli zbiór indeksów I jest zbiorem skończonym (przeliczalnym) to rodzinę {A i } i I nazywamy wtedy rozbiciem skończonym (przeliczalnym) zbioru X. Najprostszymi przykładami rozbicia zbioru X są rodziny: {X} czy też {A, A }, jeśli A i A X. Definicja 2.1 Niepustą rodzinę A 2 X nazywamy algebrą (ciałem) zbiorów (w skrócie algebrą, ciałem) jeśli: (i) A; (ii) A A A A; (iii) A, B A A B A. Przykład 2.2 Przykładami algebry zbiorów są m.in. (a) A = {, X}, A = 2 X ; (b) Jeśli A X i A X to rodzina A = {A, A,, X} jest algebrą; (c) Jeśli rodzina zbiorów {A i } i I 2 X jest rozbiciem zbioru X, wtedy rodzina { } A = : J I { } jest algebrą. i J A i Bezpośrednio z definicji algebry zbiorów dostajemy następujące własności algebr zbiorów Lemat 2.3 Niech A 2 X będzie algebrą. Wtedy (i) X A; (ii) A, B A A B A; (iii) A, B A A \ B A ;

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 12 (iv) Niech n 1. Wtedy A i A, i = 1, 2,..., n n A i, n A i A. Definicja 2.4 Niepustą rodzinę A 2 X nazywamy σ-algebrą (σ-ciałem) zbiorów (w skrócie σ - algebrą, σ - ciałem) jeśli: (i) A; (ii) A A A A; (iii) A i A, i 1 A i A. Jeśli rodzina A 2 X jest σ-algebrą to parę (X, A) nazywamy przestrzenią mierzalną, a elementy A zbiorami mierzalnymi. Przykład 2.5 Przykładami σ-algebry zbiorów są m.in. (a) A = {, X}, A = 2 X ; (b) Każda skończona algebra zbiorów jest σ-algebrą; (c) Jeśli rodzina zbiorów {A i } i I 2 X jest rozbiciem zbioru X, wtedy rodzina { } A = : J I { } jest σ-algebrą; (d) Niech #(X) =. Wtedy jest σ-algebrą. i J Lemat 2.6 Niech A 2 X σ-algebrą. Wtedy (i) X A; (ii) A, B A A \ B A; (iii) A i A, i = 1, 2,... A i A; A i A = {A X : A IN A IN } (iv) Niech n 1. Wtedy (A i A, i = 1, 2,..., n n A i, n A i A).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 13 Twierdzenie 2.7 Jeśli {A i } i I jest rodziną algebr (σ-algebr) to jest algebrą (σ-algebrą). Definicja 2.8 Niech C 2 X będzie rodziną podzbiorów X. Oznaczmy i I A i α(c) = {A : C A, A algebra} σ(c) = {A : C A, A σ-algebra}. Algebrę α(c) (σ-algebrę σ(c)) nazywamy algebrą (σ-algebrą) generowaną przez rodzinę C. Uwaga. Z twierdzenia 2.7 wynika, że algebra α(c) (σ-algebra σ(c)) jest najmniejszą algebrą (σ-algebrą) zawierającą C tzn. jeśli F jest algebrą (σ-algebrą) i C F to α(c) F (σ(c) F). Rownież z powyższej definicji otrzymujemy natychmiast: (i) Jeśli C jest algebrą (σ-algebrą) to α(c) = C (σ(c) = C); (ii) α(α(c)) = α(c); (iii) σ(σ(c)) = σ(c); (iv) C 1 C 2 2 X α(c 1 ) α(c 2 ) σ(c 1 ) σ(c 2 ). Poznamy teraz definicję szczególnej σ-algebry. Definicja 2.9 Niech (X, d) będzie przestrzenią metryczną, a O rodziną wszystkich zbiorów otwartych w tej przestrzeni. Wtedy σ-algebrę generowaną przez rodzinę zbiorów otwartych O nazywamy σ-algebrą borelowską i oznaczamy symbolem B(X). Elementy B(X) nazywamy zbiorami borelowskimi. Z definicji 2.8 i 2.9 wynika, że B(X) = σ(o). Wniosek 2.10 Niech (X, d) będzie przestrzenią metryczną, a D rodziną wszystkich zbiorów domkniętych w tej przestrzeni. Wtedy B(X) = σ(d). Dowód. Zachodzą następujące implikacje: D σ(o) σ(d) σ(σ(o)) = σ(o); O σ(d) σ(o) σ(σ(d)) = σ(d). Zatem σ(o) = σ(d).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 14 Twierdzenie 2.11 Każdy niepusty otwarty zbiór w IR d jest przeliczalną sumą kul otwartych. Dowód. Niech A IR d będzie zbiorem otwartym. Dla q A Q d oznaczmy n q = inf{n IN : K(q, 1/n) A} Zauważmy, że dla n n q mamy zawieranie K(q, 1/n) A. Wykażemy, że (2.1) A = ( q, 1 ) n K q A Q d n n q Zawieranie " "jest oczywiste. W drugą stronę niech x A. Z otwartości zbioru A istnieje 0 < r < 1 takie, że K(x, r) A. Niech n IN będzie taką liczbą naturalną, że (2.2) Z gęstości Q d w IR d wynika, że (2.3) 1 n + 1 r 3 < 1 n. q A Q d q x < r 3. Stąd K(q, 1/n) K(x, r). Rzeczywiście, niech y K(q, 1/n) tzn. y q < 1/n. Wtedy z (2.2) i nierówności trójkąta otrzymujemy y x y q + q x < 1 n + r 3 2 n + 1 + r 3 2r 3 + r 3 = r. czyli y K(x, r). Z udowodnionego zawierania K(q, 1/n) K(x, r) oraz z (2.2) i (2.3) otrzymujemy ( x K q, 1 ) K(x, r) A. n Stąd n n q oraz Co kończy dowód (2.1). Twierdzenie 2.12 Niech x K q A Q d m n q ( q, 1 ). m Wtedy C = {K(a, r) : a IR d, r > 0}, K = {A IR d : A-zwarty }. σ(c) = σ(k) = B(IR d ).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 15 Dowód. Wykażemy najpierw równość (2.4) σ(c) = B(IR d ). Jest oczywiste, że C B(IR d ). Zatem σ(c) B(IR d ). W drugą stronę. Z twierdzenia 2.11 wynika, że O σ(c). A stąd B(IR d ) σ(c). Co kończy dowód równości (2.4). Przejdziemy teraz do dowodu równości (2.5) σ(k) = B(IR d ). Zawieranie σ(k) B(IR d ) wynika z Wniosku 2.10 i z tego, że zbiór zwarty jest zbiorem domkniętym. W drugą stronę korzystając z tego samego Wniosku wystarczy pokazać, że D σ(k) (D - rodzina wszystkich zbiorów domkniętych w IR d ). Niech F D. Wtedy F = F K[0, n], n=1 gdzie K[0, n] jest kulą domkniętą o środku w 0 i promieniu n. Ponieważ przekrój F K[0, n] jest zbiorem zwartym, wiec F σ(k). Stąd D σ(k) co kończy dowód (2.5). Uwaga. W Twierdzeniu 2.12 zamiast rodziny C kul otwartych można rozważać rodzinę przedziałów otwartych (a, b), a, b IR d albo rodzinę przedziałów domkniętych [a, b], a, b IR d czy też rodzinę przedziałów jednostronnie domkniętych (prawostronnie albo lewostronnie) i teza twierdzenia będzie nadal prawdziwa. 2.2 Klasy monotoniczne i inne rodziny zbiorów Definicja 2.13 Niepustą rodzinę A 2 X nazywamy klasą monotoniczną jeśli spełnia ona warunki: (i) A i A, i 1 oraz A 1 A 2... (ii) A i A, i 1 oraz A 1 A 2... A i A; A i A. Zauważmy, że każda σ-algebra jest klasą monotoniczną. Ponadto z powyższej definicji łatwo wynika, że przekrój dowolnej ilości klas monotonicznych jest klasą monotoniczną. Stąd dla dowolnej rodziny C 2 X możemy określić klasę monotniczną generowaną przez rodzinę C m(c) = {A : C A, A - klasa monotoniczna}. Jest to najmniejsza klasa monotoniczna zawierająca rodzinę C. Podane poniżej własności wynikają łatwo z definicji m(c).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 16 (i) Jeśli C jest klasą monotoniczną to m(c) = C ; (ii) m(m(c)) = m(c); (iii) C 1 C 2 2 X m(c 1 ) m(c 2 ). Stwierdzenie 2.14 Jeśli algebra A 2 X jest klasą monotoniczną to jest również σ- algebrą. Dowód. Trzeba pokazać, że (2.6) A i A, i 1 Ale (2.7) oraz B n = A i = n A i n=1 n+1 A i A. n A i = Stąd, z (2.7) i z definicji klasy monotonicznej mamy co kończy dowód (2.6). A n = n=1 n=1 B n A i = B n+1 A, n 1. B n A, n=1 Twierdzenie 2.15 Jeśli rodzina A 2 X jest algebrą to (2.8) σ(a) = m(a). Dowód. Ponieważ σ(a) jest klasą monotoniczną (zawierającą A), więc σ(a) m(a). Aby udowodnić zawieranie σ(a) m(a) wystarczy na mocy Stwierdzenia 2.14 wykazać, że m(a) jest algebrą. Co też teraz zrobimy. Ponieważ A jest algebrą, więc A m(a). Załóżmy, że A m(a). Udowodnimy, że A m(a). W tym celu określmy rodzinę C = { F m(a) : F m(a) }. Jest oczywiste, że A C. Wykażemy, że C jest klasą monotoniczną. Niech A i C dla i 1 i niech A i A i+1, i 1. Wtedy z definicji C mamy A i m(a) A i m(a) oraz A i+1 A i, i 1.

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 17 Z definicji klasy monotonicznej A i m(a) oraz ( ) A i = A i m(a). Zatem A i C. Podobnie, jeśli A i C dla i 1 i A i A i+1, i 1. Wtedy z definicji C mamy A i m(a) A i m(a) oraz A i A i+1, i 1. Znowu z definicji klasy monotonicznej otrzymujemy A i m(a) oraz ( ) A i = A i m(a). Zatem A i C, czyli C jest klasą monotoniczną. Ponieważ A C m(a) więc m(a) m(c) m(a). Mając na uwadze, że C = m(c) (bo C jest klasą monotoniczną) dostajemy C = m(a) co daje, że A m(a). Pozostała nam do wykazania implikacja Dla ustalonego A A określmy Łatwo zauważyć, że (i) A C A ; (ii) C A jest klasą monotoniczną. A, B m(a) A B m(a). C A = { B m(a) : A B m(a) }. Zatem na podstawie podobnego rozumowania jak powyżej dostajemy (2.9) C A = m(a), dla A A. Niech teraz A m(a). Podobnie jak powyżej określmy Zauważmy, że (i) A C A (co wynika z (2.9)); (ii) C A jest klasą monotoniczną. C A = { B m(a) : A B m(a) }.

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 18 Zatem C A = m(a), dla A m(a) tzn. wykazaliśmy, że gdy A, B m(a) to A B m(a). Wykazaliśmy więc, że m(a) jest algebrą, co kończy dowód twierdzenia. Definicja 2.16 Niepustą rodzinę A 2 X nazywamy π-układem jeśli A, B A A B A. Definicja 2.17 Niepustą rodzinę A 2 X nazywamy λ-układem jeśli (i) X A; (ii) A, B A, A B B \ A A; (iii) A i A, A i A i+1, i 1 A i A Stwierdzenie 2.18 Niepusta rodzina A 2 X jest σ-algebrą wtedy i tylko wtedy, gdy jest π-układem i λ-układem. Dowód. Jeśli A jest σ-algebrą to jest oczywiste, że jest też π-układem i λ-układem. W drugą stronę. Załóżmy, że A jest π-układem i λ-układem. Z definicji λ-układu (punkt (i) i (ii)) wynika, że A jest zamknięta na dopełnienia, a ponieważ A jest też π-układem, wiec jest zamknięta na skończone przekroje. Jest oczywiste, że A. Zatem A jest algebrą. Powtarzając teraz dowód Stwierdzenia 2.14 dostajemy, że A jest σ-algebrą. Korzystając z definicji λ-układu łatwo zauważyć, że przekrój dowolnej ilości λ-układów jest λ-układem. Zatem możemy wprowadzić definicję Definicja 2.19 Niech C 2 X będzie rodziną podzbiorów X. Oznaczmy λ(c) = { A : C A, A λ-układem}. Rodzinę λ(c) nazywamy λ-układem generowanym przez rodzinę C. Jest to najmniejszy λ-układ zawierający rodzinę C. Ponadto mamy (i) Jeśli C jest λ-układem to λ(c) = C ; (ii) λ(λ(c)) = λ(c); (iii) C 1 C 2 2 X λ(c 1 ) λ(c 2 ).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 19 Twierdzenie 2.20 Jeśli C 2 X jest π-układem to (2.10) λ(c) = σ(c). Dowoód. Na mocy Stwierdzenia 2.18 każda σ-algebra jest λ-układem, więc λ(c) σ(c). W drugą stronę. Zauważmy, że wystarczy wykazać, że λ(c) jest π-układem, bo wtedy ze Stwierdzenia 2.18 λ(c) jest σ-algebrą, co da zawieranie σ(c) λ(c). Niech F C. Określmy C F = { A λ(c) : A F λ(c) }. Zauważmy, że (a) C C F ; (b) C F jest λ-układem. Rzeczywiście, punkt (a) jest oczywisty, punkt (b) sprawdzamy następująco: (i) X C F, bo X λ(c) X F = F C λ(c). (ii) Niech A, B C F oraz A B. Wtedy A λ(c) A F λ(c), B λ(c) B F λ(c) Ponieważ λ(c) jest λ-układem, więc B \ A λ(c). Ponadto bo A F B F. Zatem B \ A C F. (B \ A) F = B F \ A F λ(c), (iii) Niech A i C F, A i A i+1, i 1. Wtedy A i F λ(c) dla każdego F C oraz A i F A i+1 F dla i 1. Mamy A i λ(c) oraz ( ) A i F = (A i F ) λ(c). Tak więc C F jest λ-układem. Ponieważ C C F λ(c), więc λ(c) λ(c F ) λ(λ(c)) = λ(c). Stąd i z tego, że λ(c F ) = C F dostajemy C F = λ(c). Z dowolności F C mamy, że λ(c) jest zamknięta na przekroje z elementami z C. Niech teraz F λ(c). Określmy Zauważmy, że C F = { A λ(c) : A F λ(c) }.

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 20 (a) C C F (co wynika poprzedniego rozumowania); (b) C F jest λ-układem. Rozumując podobnie jak powyżej dostajemy C F = λ(c) czyli λ(c) jest π-układem i twierdzenie mamy udowodnione. 2.3 Zadania Zad. 1. Niech A 2 X będzie niepustą rodziną podzbiorów X taką, że (i) A; (ii) A A A A; (iii) A, B A A B A. Sprawdzić, czy A jest algebrą. Zad. 2. Niech A 2 X będzie niepustą rodziną podzbiorów X taką, że (i), X A; (ii) A, B A A \ B A. Sprawdzić, czy A jest algebrą. Zad. 3. Niech A 2 X będzie algebrą. Wykazać, że (i) X A; (ii) A, B A A B A; (iii) A, B A A \ B A; (iv) Niech n 1. Wtedy A i A, i = 1, 2,..., n n A i, n A i A. Zad. 4. Wykazać, że jeśli rodzina zbiorów {A i } i I 2 X jest rozbiciem zbioru X, wtedy rodzina { } A = : J I { } jest algebrą. i J A i Zad. 5. Niech A 2 R będzie dana wzorem A = {(a, b], (c, ) : a b <, c IR}. Wykazać, że { F = i I A i } : #(I) <, A i A, i I

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 21 jest algebrą, gdzie sumy mnogościowe występujące w definicji rodziny F są rozłączne. Zad. 6. Niech rodzina F podzbiorów X zawiera zbiór pusty, jest zamknięta na dopełnienia zbiorów oraz jest zamknięta na skończone rozłączne sumy. Czy F musi być algebrą? Zad. 7. Niech A 2 X będzie σ-algebrą. Wykazać, że (i) A jest algebrą; (ii) A i A, i = 1, 2,... A i A; Zad. 8. Wykazać, że (a) Każda skończona algebra zbiorów jest σ-algebrą; (b) Jeśli rodzina zbiorów {A i } i I 2 X jest rozbiciem zbioru X, wtedy rodzina { } A = : J I { } jest σ-algebrą. i J A i Zad. 9. Niech X = IR. Rozważmy rodzinę zbiorów G n = {F IR : [0, n] F albo F [0, n] = }, n 1. Wykazać, że G n jest σ-algebrą dla każdego n 1. Sprawdzić, czy G n+1 G n dla dowolnego n 1. Wyznaczyć n=1 G n. Zad. 10. Niech A 2 X będzie σ-algebrą (algebrą) i niech Y X będzie niepustym zbiorem. Wykazać, że A Y = { A Y : A A} jest σ-algebrą (algebrą) w Y. Zad. 11. Niech F 2 X będzie niepustą rodziną podzbiorów X i niech A F. Wykazać, że σ(a F) = A σ(f), gdzie A F = {A F : F F}. Zad. 12. Niech A 2 X będzie σ-algebrą taką, że A 2 X i niech F / A. Wykazać, że G = { (A F ) (B F ) : A, B A }. jest σ-algebrą oraz udowodnić równość G = σ(a {F }).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 22 Zad. 13. Niech (Y, B) przestrzeń mierzalna oraz niech dane będzie odwzorowanie f : X Y. Wykazać, że rodzina zbiorów f 1 (B) := {f 1 (F ) : F B} jest σ-algebrą w X. Czy jeśli A jest σ-algebrą na X, to f(a) := {f(d) : D A} musi być σ-algebrą w Y? Zad. 14. Niech X = (0, 1] oraz niech rodzina A podzbiorów X składa się ze zbiorów, które są skończonymi i rozłącznymi sumami przedziałów postaci (a, b], gdzie 0 < a b 1. Wykazać, że A jest algebrą w X. Czy jest σ-algebrą? Zad. 15. Niech A 1 A 2... 2 X będzie ciągiem algebr. Wykazać, że A = n=1 jest algebrą. Jeśli algebry zastąpimy σ-algebrami to czy w tezie też otrzymamy σ-algebrę? Rozważyć przykład: Niech X = (0, 1]. Dla każdego n 1 określmy rozbicie X wzorem Niech G n = { A n = i I {( k 1 2 n, k 2 n ] F i A n : k = 1, 2,..., 2 n}. } : #(I) <, F i G n, i I { }. Wykazać, że A n+1 A n dla n 1. Określmy dla n 1 B n = ( 2 n 2 2 n, 2n 1 ] 2 n A n. Obliczyć B = n=1 B n. Sprawdzić, czy B n=1 A n. Zad. 16. Niech A 2 X będzie algebrą. Wykazać, że (a) Algebra A jest σ-algebrą dla każdego ciągu {A n } n 1 A, lim sup n A n A, (b) Algebra A jest σ-algebrą dla każdego ciągu {A n } n 1 A, lim inf n A n A, gdzie lim sup n = k=1 n=k A n oraz lim inf n = k=1 n=k A n. Zad. 17.Niech X będzie zbiorem nieprzeliczalnym. Niech A 2 X będzie rodziną podzbiorów X, które są co najwyżej przeliczalne, albo ich dopełnienie jest zbiorem co najwyżej przeliczalnym. Wykazać, że A jest σ-algebrą generowaną przez rodzinę {{x} : x X}. Zad. 18. Niech X będzie zbiorem zawierającym nieskończenie wiele elementów. Niech A 2 X będzie rodziną podzbiorów X, które albo zawierają skończoną ilość elementów, albo ich dopełnienie zawiera skończoną liczbę elementów. Wykazać, że A jest algebrą ale nie jest σ-algebrą. Wyznaczyć σ(a).

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 23 Zad. 19. Niech F 2 X będzie filtrem tzn. niepustą rodziną podzbiorów X taką, że (i) F; (ii) A, B F A B F; (iii) A F A B B F; Wykazać, że każdy filtr jest zawarty w pewnym filtrze maksymalnym (ze względu na relację " "). Filtry maksymalne nazywamy ultrafiltrami. Zad. 20. Wykazać, że filtr F jest ultrafiltrem wtedy i tylko wtedy, gdy dla dowolnego A X dokładnie jeden ze zbiorów A, A c należy do F. Zad. 21. Niech A 2 X będzie algebrą. Niech {A n } n 1 A. Wykazać, że istnieje ciąg {B n } n 1 A parami rozłączny taki, że A n = n=1 B n. n=1 Zad. 22. Niech X = IR. Określmy rodziny podzbiorów IR: Wykazać, że C 1 = { (a, b) : a, b IR}, C 3 = { (a, b] : a, b IR}, C 5 = { [a, + ) : a IR}, C 7 = { (, b] : b IR}, C 2 = { [a, b) : a, b IR}, C 4 = { [a, b] : a, b IR}, C 6 = { (a, + ) : a IR}, C 8 = { (, b) : b IR}. (1) σ(c 1 ) = σ(c 2 ) = σ(c 3 ) = σ(c 4 ) = σ(c 5 ) = σ(c 6 ) = σ(c 7 ) = σ(c 8 ) = B(IR). Czy zastępując w definicji rodzin od C 1 do C 8 zbiór liczb rzeczywistych IR przez zbiór liczb wymiernych Q równości (1) pozostaną prawdziwe? Zad. 23. Niech X = IR. borelowski. Wykazać, że każdy co najwyżej przeliczalny podzbiór X jest Zad. 24. Niech A i B będą niepustymi podzbiorami X takimi, że A B =. Rozważmy przestrzenie mierzalne (A, A) i (B, B). Przyjmijmy F = A B oraz F = {C D : C A, D B}. Wykazać, że (F, F) jest przestrzenią mierzalną. Zad. 25. Niech IR = [, + ]. Oznaczmy B(IR) = {A F : A B(IR) }, gdzie F {, { }, {+ }, {, + } }. Wykazać, że B(IR) jest σ - algebrą.

M. Beśka, Wstęp do teorii miary, rozdz. 2 24 Zad. 26. Niech X = [0, ), A = B([0, )). Oznaczmy F t = {A A : (t, ) A albo (t, ) A = }, t 0, G t = {A A : [t, ) A albo [t, ) A = }, t 0. Wykazać, że dla każdego t 0 rodziny zbiorów F t i G t są σ - algebrami. Obliczyć oraz G t. F t t>0 t>0 Zad. 27. Niech (X, d) będzie przestrzenią metryczną. Niech C 2 X będzie rodziną podzbiorów taką, że: (i) C zawiera wszystkie zbiory domknięte; (ii) A C A C; (iii) Jeśli {A n } n 1 jest ciągiem zstępującym zbiorów z C to również n=1 A n C. Wykazać, że B(X) C. Zad. 28. Niech A 2 X będzie σ-algebrą o skończonej ilości elementów. Wykazać, że A jest generowana przez pewne rozbicie X. Zad. 29. Niech A 2 X będzie σ-algebrą taką, że #(A) =. Wykazać, że istnieje ciąg {B n } n 1 A (B n, n 1) parami rozłączny. Zad. 30. Niech A 2 X będzie σ-algebrą. Wykazać, że A IN. Zad. 31. Niech A i, i I będą klasami monotonicznymi. Wykazać, że i I A i jest klasą monotoniczną. Zad. 32. Niech D i, i I będą λ-układami. Wykazać, że i I D i jest λ-układem. Zad. 33. Wykazać, że rodzina D podzbiorów X jest λ-układem wtedy i tylko wtedy, gdy zawiera X, jest zamknięta na dopełnienia zbiorów oraz jest zamknięta na przeliczalne rozłączne sumy.