关于乘积可测空间上非乘积测度的积分概念、符号含义与形式化操作的技术问询
我正在尝试理解定义在乘积σ-代数上、但不一定是乘积测度的测度相关积分。我知道可以像对待其他测度一样对这类测度进行积分,但直觉上觉得应该有一种“分别对每个变量积分”的思路(而且希望能证明结果一致)。这个问题就是想搞清楚这种概念是否真的存在,以及具体细节。
设$(X,\Sigma_X)$和$(Y,\Sigma_Y)$是可测空间,考虑乘积可测空间$X\otimes Y = (X\times Y, \Sigma_X\otimes \Sigma_Y)$,其中$\Sigma_X\otimes \Sigma_Y$是乘积σ-代数。
令$\nu$为$X\otimes Y$上的测度(比如概率测度),$f\colon X\times Y\to \mathbb{R}$是可测函数(比如有界函数)。
现在我想对$\nu$积分$f$。一种方式是把$X\otimes Y$当作普通可测空间,对其所有可测子集积分,可以写成:
$$
\int_{(x,y)\in X\otimes Y} f(x,y),\nu(d(x,y)),
$$
这里有点别扭的$d(x,y)$是用来表示我们对$X\otimes Y$的任意可测子集积分。
不过我觉得更自然的写法应该是:
$$
\int_{x\in X, y\in Y} f(x,y) ,\nu(dx\times dy),
$$
我之前也见过类似的写法。
这种符号暗示我们不是对$X\otimes Y$的所有可测子集积分,而只是对形如$S\times T$(其中$S\in\Sigma_X$,$T\in\Sigma_Y$)的子集积分。直觉上这应该是可行的(也许和卡拉泰奥多里延拓定理有关?),但我完全不确定细节。
所以我的核心问题是:如何正确理解在乘积可测空间上对非乘积测度的积分? $\nu(dx\times dy)$这种写法到底是什么意思?更重要的是,如何对这类积分进行形式化操作?
也欢迎推荐相关的参考资料,当然直接的解释更好。
编辑:我觉得之前的问题不够精确。下面的内容可能更能表达我想搞清楚的点:
假设函数$f$具有形式$f(x,y) = g(x)h(y)$,其中$g$和$h$都是有界的。直觉上我觉得可以把它拆成二重积分:
$$
\int_{x\in X}g(x)\int_{y\in Y}h(y),\nu(dx\times dy).
$$
注意这不是富比尼定理的应用,因为$\nu$不是乘积测度。它的含义是这样的:如果$S\in\Sigma_X$是$X$的某个固定可测子集,那么$\nu(S\times \cdot)$是$Y$上的一个测度(如果$\nu$是概率测度,那它就是子概率测度)。对于固定的$x\in X$,
$$
\int_{y\in Y} h(y),\nu(S\times dy)
$$
表示这个子概率测度对函数$h\colon Y\to\mathbb{R}$的积分。我不确定,但我觉得如果把这个结果看作$S$的函数,它会构成$X$上的一个测度(这次是有限测度,不一定是子概率测度)。当$h(y)$是某个$T\in\Sigma_Y$的指示函数时,它显然是测度,我猜测一般情况也是如此。
那么上面的二重积分就是指这个测度对可测函数$g\colon X\to\mathbb{R}$的积分。
我猜想:
$$
\int_{(x,y)\in X\otimes Y} g(x)h(y) ,\nu(d(x,y)) = \int_{x\in X}g(x)\int_{y\in Y}h(y),\nu(dx\times dy),
$$
其中右边按照我刚才描述的方式解读。如果这个猜想正确,那说明$dx\times dy$的符号确实“有意义”,而不只是表示对$X\otimes Y$积分的符号。
作为补充问题,我想知道这个猜想是否正确,但我的核心问题仍然是:是否可以一般地从“对矩形积分”的角度来思考这类积分?如果可以,如何正确推理?
备注:内容来源于stack exchange,提问作者N. Virgo

