关于勒贝格测度限制在ℝ的博雷尔σ-代数上不完备性的困惑
我刚接触测度论,最近对Donald Cohn的《Measure Theory》(1.5节 完备性与正则性)里的一个结论感到困惑:
Claim
勒贝格测度限制在$\mathbb{R}$的博雷尔子集构成的$\sigma$-代数上是不完备的。
在这篇帖子里,我用$\lambda^*$表示勒贝格外测度。
根据教材的定义:
Definition
将$\mathbb{R}$(或$\mathbb{R}d$)上的勒贝格外测度限制到$\mathcal{B}(\mathbb{R})$(或$\mathcal{B}(\mathbb{R}d)$)上,得到的测度称为勒贝格测度,记为$\lambda$。
将$\mathbb{R}$(或$\mathbb{R}d$)上的勒贝格外测度限制到$\mathbb{R}$(或$\mathbb{R}d$)的勒贝格可测子集族上,得到的测度也称为勒贝格测度,同样记为$\lambda$。
还有完备性的定义:
Definition
设$(X,\mathcal{A},\mu)$是测度空间。若当$A\in\mathcal{A}$,$\mu(A)=0$且$B \subseteq A$时,必有$B\in\mathcal{A}$,则称测度$\mu$(或测度空间$(X,\mathcal{A},\mu)$)是完备的。
我对这个结论的理解是这样的:
设$(\mathbb{R},\mathcal{B}(\mathbb{R}),\lambda)$是测度空间。存在$\mathbb{R}$的博雷尔子集$A$满足$\lambda(A)=0$,且存在$A$的子集$B$使得$B \notin \mathcal{B}(\mathbb{R})$。
我看到过用Vitali集来证明这样的$B$确实存在,但对其中的解释完全摸不着头脑。设$V$是$[0,1]$中的Vitali集,我知道$V$关于勒贝格外测度$\lambda^*$不可测,所以$V \notin \mathcal{B}(\mathbb{R})$。我想我们需要找到一个集合$A$,满足$A \in \mathcal{B}(\mathbb{R})$,$\lambda(A)=0$,且$V \subseteq A$——但这个例子里的$A$到底是什么呢?
之前看到的那个例子里,似乎想说明Vitali集$V$在$\mathbb{R}2$中是勒贝格测度零集,且本身不是$\mathbb{R}2$的博雷尔子集。但问题是,$V$连勒贝格可测都不是,那$\lambda(V)$根本就没定义啊?而且我也没看到例子里给出符合要求的$A \in \mathcal{B}(\mathbb{R})$,完全搞不懂这个例子怎么证明结论的。
我现在彻底懵了,真的希望有人能帮我理清这个问题,或者给我另一个更易懂的例子!
后来@LeeMosher指出,这个结论应该这样理解:
设$(\mathbb{R},\mathcal{B}(\mathbb{R}),\lambda)$是测度空间。存在某个$\mathbb{R}$的博雷尔子集$A$满足$\lambda(A) = 0$,且存在$A$的子集$B$使得$B \notin \mathcal{B}(\mathbb{R})$。
备注:内容来源于stack exchange,提问作者Beerus

