不使用Fubini定理时,一般开/闭集上连续函数图像的勒贝格测度是否为零的证明问询
不使用Fubini定理时,一般开/闭集上连续函数图像的勒贝格测度是否为零的证明问询
我最近在尝试不借助Fubini定理来证明或证伪以下命题:
设 $f:A\to\mathbb{R}^m$ 是连续函数,其中定义域 $A\subseteq\mathbb{R}^k$ 是开集或闭集。那么函数图像 $\Gamma(f,A)={(x,f(x)):x\in A}$ 是否一定具有勒贝格测度 $0$(从而是勒贝格可测的)?
但我目前没有成功。我知道矩形域(即形如 $A=\prod_{j=1}^k [a_j,b_j]$ 的集合)的情况在站内已经被多次讨论,我也掌握了这个特殊情况的证明方法,但没办法把它推广到更一般的开/闭集情形——如果这个命题确实成立的话。
我知道$\mathbb{R}^n$中的每个开/闭集都可以表示为可数个紧集的并,所以只要能证明紧集上的情况就足够了。紧集上的连续函数是一致连续的,这一点似乎很有帮助,但紧集不一定能表示为可数个矩形的并(比如康托集),所以矩形情形的证明思路没法直接套用。
我不确定是否存在反例,直觉上觉得可能没有,但也不敢完全肯定。另外,我已经尽可能搜索过站内内容了,没找到相关的讨论,所以如果这个问题已经被问过,还请见谅。
另外我想说明:我不认为可以先证明 $A=\mathbb{R}^k$ 时的情况(这个情况相当简单),再通过限制定义域直接得到一般情形的结论。因为不是所有定义在$A$上的连续函数 $f\in C(A,\mathbb{R}^m)$ 都能延拓为定义在$\mathbb{R}^k$上的连续函数,比如:
- $f:\mathbb{R}\setminus{0}\to\mathbb{R}$,定义为 $f(x)=\frac{1}{x}$,这个函数连续但无法连续延拓到整个$\mathbb{R}$
- 更极端的例子,$f:\mathbb{R}\setminus\left(\frac{\pi}{2}+\pi\mathbb{Z}\right)\to\mathbb{R}$,定义为 $f(x)=\tan(x)$,同样无法进行连续延拓
非常感谢任何形式的帮助!🙂
备注:内容来源于stack exchange,提问作者K. Makabre
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