在数学中,亨斯托克-考兹维尔积分(,也称为卢津积分、 佩龙积分,有时为了和广义当茹瓦积分区别而称为当茹瓦积分)是黎曼积分的一种推广,有些情况下比勒贝格积分更加宽泛。
亨斯托克-考兹维尔积分最早是由二十世纪初法国数学家引进的。当茹瓦在研究形似:
:f(x)=\frac{1}{x}\sin\left(\frac{1}{x^3}\right).
的函数的时候,希望能够为它们定义积分。这种函数往往在某一点附近无法定义黎曼积分,但是用类似极限定义的 方法又能够定义出类似黎曼积分的极限。
为了给这类函数定义积分,当茹瓦将黎曼不可积的点分为若干种情形,分别用超限归纳法来定义积分。这样的定义繁复冗长。 尼古拉·卢津使用类似绝对连续的方式给出了另一种等价定义;奥斯卡·佩龙也给出了一种等价的定义,但这个等价关系并不显然。
1957年,捷克数学家给出了一种比较优雅的定义,和黎曼积分的定义比较相似。考兹维尔称之为“刻度积分”(Gauge Integral)。而则发展并完善了这种积分理论。基于这两位数学家的贡献,现今一般将这种积分称为亨斯托克-考兹维尔积分。由于考兹维尔的定义和黎曼积分的定义同样简洁,有的数学教育者认为可以在教学中用亨斯托克-考兹维尔积分代替黎曼积分,但这个主张并未被广泛采纳。
定义
这里只给出亨斯托克的定义:
区间分割与刻度
给定一个取样分割:a = u_0 和一个正函数\delta \colon [a, b] \to (0, \infty)\,(所谓的“刻度”),如果
::\forall i, \, \ \ t_i-\delta(t_i)
就称这个分割是一个δ-精细分割。
黎曼和
对一个在闭区间[a,b]有定义的实值函数f,f关于取样分割:x_0,\ldots,x_n 、t_0,\ldots,t_{n-1}的黎曼和定义为以下和式:
:\sum_{i=0}^{n-1} f(t_i) (x_{i+1}-x_i)
和式中的每一项是子区间长度x_{i+1}-x_i与在t_i处的函数值f(t_i)的乘积。直观地说,就是以标记点t_i上的函数值f(t_i)到X轴的距离为高,以分割的子区间为长的矩形的面积。
亨斯托克-考兹维尔积分
S是函数f在闭区间[a,b]上的亨斯托克-考兹维尔积分,当且仅当对于任意的\epsilon > 0,都存在刻度函数\delta,使得对于任意的取样分割:x_0,\ldots,x_n、t_0,\ldots,t_{n-1},只要是δ-精细分割,就有:
:\left|\sum_{i=0}^{n-1} f(t_i) (x_{i+1}-x_i) - S \right|
从定义中可以看出,亨斯托克-考兹维尔积分比黎曼积分更加注重区间上的取样。黎曼积分中,只将分割的小区间的最大长度作为精细度的标准。亨斯托克-考兹维尔积分的定义中引入“刻度”函数,并将取样值和刻度函数联系起来,定义分割的精细程度。如果将刻度函数δ设定为常值函数,那么亨斯托克-考兹维尔积分就退化为黎曼积分。
δ-精细分割的存在性
如果对某些刻度函数δ,δ-精细分割不存在,那么定义中“只要是δ-精细分割,就有”一句就会变成一个前件全真的判断,从而失去应有的意义。说明,对任意的刻度函数δ,必定存在δ-精细分割,杜绝了亨斯托克-考兹维尔积分定义逻辑上可能存在的瑕疵。
积分的唯一性
为了能够良好地定义积分,亨斯托克-考兹维尔积分的定义中的S必须是唯一存在的,同一个函数在同一个区间上不能有两个不同的积分值。可以证明,亨斯托克-考兹维尔积分如果存在就必定是唯一的。这说明亨斯托克-考兹维尔积分是良好定义的。
参见
*黎曼-斯蒂尔杰斯积分
*广义积分
*勒贝格积分
参考来源
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