Documentation

Analysis.Section_11_8

Аналіз I, Розділ 11.8: Інтеграл Рімана–Стєльтьєса #

Я (прим. перекл. Терренс Тао) намагався зробити переклад якомога точнішим перефразуванням оригінального тексту. Коли є вибір між більш ідіоматичним підходом Lean та більш точним перекладом, я зазвичай обирав останній. Зокрема, будуть місця, де код Lean можна було б "підправити", щоб зробити його більш елегантним та ідіоматичним, але я свідомо уникав цього вибору.

Основні конструкції та результати цього розділу:

Технічні примітки:

@[reducible, inline]
noncomputable abbrev Chapter11.right_lim (f : ℝ → ℝ) (x₀ : ℝ) :

Ліві та праві границі. Якщо границя не існує, призначається «сміттеве» значення.

Equations
Instances For
    @[reducible, inline]
    noncomputable abbrev Chapter11.left_lim (f : ℝ → ℝ) (x₀ : ℝ) :
    Equations
    Instances For
      theorem Chapter11.right_lim_def {f : ℝ → ℝ} {x₀ L : ℝ} (h : Chapter9.Convergesto (Set.Ioi x₀) f L x₀) :
      right_lim f x₀ = L
      theorem Chapter11.left_lim_def {f : ℝ → ℝ} {x₀ L : ℝ} (h : Chapter9.Convergesto (Set.Iio x₀) f L x₀) :
      left_lim f x₀ = L
      @[reducible, inline]
      noncomputable abbrev Chapter11.jump (f : ℝ → ℝ) (x₀ : ℝ) :
      Equations
      Instances For
        theorem Chapter11.right_lim_of_continuous {X : Set ℝ} {f : ℝ → ℝ} {x₀ : ℝ} (h : ∃ ε > 0, Set.Ico x₀ (x₀ + ε) ⊆ X) (hf : ContinuousWithinAt f X x₀) :
        right_lim f x₀ = f x₀

        Праві границі існують для неперервних функцій.

        theorem Chapter11.left_lim_of_continuous {X : Set ℝ} {f : ℝ → ℝ} {x₀ : ℝ} (h : ∃ ε > 0, Set.Ioc (x₀ - ε) x₀ ⊆ X) (hf : ContinuousWithinAt f X x₀) :
        left_lim f x₀ = f x₀

        Ліві границі існують для неперервних функцій

        theorem Chapter11.jump_of_continuous {X : Set ℝ} {f : ℝ → ℝ} {x₀ : ℝ} (h : X ∈ nhds x₀) (hf : ContinuousWithinAt f X x₀) :
        jump f x₀ = 0

        Для неперервних функцій стрибків немає.

        theorem Chapter11.right_lim_of_monotone {f : ℝ → ℝ} (x₀ : ℝ) (hf : Monotone f) :
        Chapter9.Convergesto (Set.Ioi x₀) f (sInf (f '' Set.Ioi x₀)) x₀

        Right limits exist for monotone functions

        theorem Chapter11.right_lim_of_monotone' {f : ℝ → ℝ} (x₀ : ℝ) (hf : Monotone f) :
        right_lim f x₀ = sInf (f '' Set.Ioi x₀)
        theorem Chapter11.left_lim_of_monotone {f : ℝ → ℝ} (x₀ : ℝ) (hf : Monotone f) :
        Chapter9.Convergesto (Set.Iio x₀) f (sSup (f '' Set.Iio x₀)) x₀

        Ліві границі існують для монотонних функцій

        theorem Chapter11.left_lim_of_monotone' {f : ℝ → ℝ} (x₀ : ℝ) (hf : Monotone f) :
        left_lim f x₀ = sSup (f '' Set.Iio x₀)
        theorem Chapter11.jump_of_monotone {f : ℝ → ℝ} (x₀ : ℝ) (hf : Monotone f) :
        0 ≤ jump f x₀
        theorem Chapter11.right_lim_le_left_lim_of_monotone {f : ℝ → ℝ} {a b : ℝ} (hab : a < b) (hf : Monotone f) :
        Equations
        • One or more equations did not get rendered due to their size.
        Instances For

          Pretty printer defined by notation3 command.

          Equations
          • One or more equations did not get rendered due to their size.
          Instances For
            theorem Chapter11.α_length_of_empty (α : ℝ → ℝ) {I : BoundedInterval} (hI : ↑I = ∅) :
            α[I]ₗ = 0
            @[simp]
            theorem Chapter11.α_length_of_pt {α : ℝ → ℝ} (a : ℝ) :
            theorem Chapter11.α_length_of_cts {α : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {a b : ℝ} (haa : a < I.a) (hab : I.a ≤ I.b) (hbb : I.b < b) (hI : I ⊆ BoundedInterval.Ioo a b) (hα : ContinuousOn α ↑(BoundedInterval.Ioo a b)) :
            α[I]ₗ = α I.b - α I.a
            @[simp]
            theorem Chapter11.α_len_of_id (I : BoundedInterval) :
            (fun (x : ℝ) => x)[I]ₗ = I.length

            Приклад 11.8.3

            @[reducible, inline]

            Покращена версія BoundedInterval.joins, яка також контролює α-довжину.

            Equations
            Instances For
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Icc_Ioc' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b ≤ c) :
              (Icc a c).joins' (Icc a b) (Ioc b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Icc_Ioo' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b < c) :
              (Ico a c).joins' (Icc a b) (Ioo b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ioc_Ioc' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b ≤ c) :
              (Ioc a c).joins' (Ioc a b) (Ioc b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ioc_Ioo' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b < c) :
              (Ioo a c).joins' (Ioc a b) (Ioo b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ico_Icc' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b ≤ c) :
              (Icc a c).joins' (Ico a b) (Icc b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ico_Ico' {a b c : ℝ} (hab : a ≤ b) (hbc : b ≤ c) :
              (Ico a c).joins' (Ico a b) (Ico b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ioo_Icc' {a b c : ℝ} (hab : a < b) (hbc : b ≤ c) :
              (Ioc a c).joins' (Ioo a b) (Icc b c)
              theorem Chapter11.BoundedInterval.join_Ioo_Ico' {a b c : ℝ} (hab : a < b) (hbc : b ≤ c) :
              (Ioo a c).joins' (Ioo a b) (Ico b c)
              theorem Chapter11.Partition.sum_of_α_length {I : BoundedInterval} (P : Partition I) (α : ℝ → ℝ) :
              ∑ J ∈ P.intervals, α[J]ₗ = α[I]ₗ

              Теорема 11.8.4 / Вправа 11.8.1

              @[reducible, inline]
              noncomputable abbrev Chapter11.PiecewiseConstantWith.RS_integ (f : ℝ → ℝ) {I : BoundedInterval} (P : Partition I) (α : ℝ → ℝ) :

              Визначення 11.8.5 (Кусочно постійний інтеграл Рімана–Стєльтьєса)

              Equations
              Instances For
                @[reducible, inline]
                noncomputable abbrev Chapter11.f_11_8_6 (x : ℝ) :

                Приклад 11.8.6

                Equations
                Instances For
                  @[reducible, inline]
                  Equations
                  Instances For
                    theorem Chapter11.PiecewiseConstantWith.RS_integ_eq_integ {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (P : Partition I) :
                    (RS_integ f P fun (x : ℝ) => x) = integ f P

                    Приклад 11.8.7

                    theorem Chapter11.PiecewiseConstantWith.RS_integ_eq {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {P P' : Partition I} (hP : PiecewiseConstantWith f P) (hP' : PiecewiseConstantWith f P') (α : ℝ → ℝ) :
                    RS_integ f P α = RS_integ f P' α

                    Аналог Твердження 11.2.13

                    @[reducible, inline]
                    noncomputable abbrev Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) (α : ℝ → ℝ) :
                    Equations
                    Instances For

                      α-довжина невід’ємна, якщо α монотонна

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_add {f g : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (hf : PiecewiseConstantOn f I) (hg : PiecewiseConstantOn g I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      RS_integ (f + g) I α = RS_integ f I α + RS_integ g I α

                      Аналог теореми 11.2.16 (a) (Закони інтегрування) / Вправа 11.8.3

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_smul {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (c : ℝ) (hf : PiecewiseConstantOn f I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      RS_integ (c • f) I α = c * RS_integ f I α

                      Аналог теореми 11.2.16 (b) (Закони інтегрування) / Вправа 11.8.3

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_sub {f g : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) (hf : PiecewiseConstantOn f I) (hg : PiecewiseConstantOn g I) :
                      RS_integ (f - g) I α = RS_integ f I α - RS_integ g I α

                      Теорема 11.8.8 (c) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_of_nonneg {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) (h : ∀ x ∈ I, 0 ≤ f x) (hf : PiecewiseConstantOn f I) :
                      0 ≤ RS_integ f I α

                      Теорема 11.8.8 (d) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_mono {f g : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) (h : ∀ x ∈ I, f x ≤ g x) (hf : PiecewiseConstantOn f I) (hg : PiecewiseConstantOn g I) :
                      RS_integ f I α ≤ RS_integ g I α

                      Теорема 11.8.8 (e) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_const (c : ℝ) (I : BoundedInterval) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      RS_integ (fun (x : ℝ) => c) I α = c * α[I]ₗ

                      Теорема 11.8.8 (f) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_const' {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) (h : ConstantOn f ↑I) :

                      Теорема 11.8.8 (f) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_of_extend {I J : BoundedInterval} (hIJ : I ⊆ J) {f : ℝ → ℝ} (h : PiecewiseConstantOn f I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      PiecewiseConstantOn (fun (x : ℝ) => if x ∈ I then f x else 0) J

                      Теорема 11.8.8 (g) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_of_extend {I J : BoundedInterval} (hIJ : I ⊆ J) {f : ℝ → ℝ} (h : PiecewiseConstantOn f I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      RS_integ (fun (x : ℝ) => if x ∈ I then f x else 0) J α = RS_integ f I α

                      Теорема 11.8.8 (g) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      theorem Chapter11.PiecewiseConstantOn.RS_integ_of_join {I J K : BoundedInterval} (hIJK : K.joins' I J) {f : ℝ → ℝ} (h : PiecewiseConstantOn f K) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                      RS_integ f K α = RS_integ f I α + RS_integ f J α

                      Теорема 11.8.8 (h) (Закони інтегрування Рімана–Стєльтьєса) / Вправа 11.8.8

                      @[reducible, inline]
                      noncomputable abbrev Chapter11.upper_RS_integral (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) (α : ℝ → ℝ) :

                      Аналог визначення 11.3.2 (Верхній та нижній інтеграли Рімана )

                      Equations
                      • One or more equations did not get rendered due to their size.
                      Instances For
                        @[reducible, inline]
                        noncomputable abbrev Chapter11.lower_RS_integral (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) (α : ℝ → ℝ) :
                        Equations
                        • One or more equations did not get rendered due to their size.
                        Instances For
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_upper_of_bounded {f : ℝ → ℝ} {M : ℝ} {I : BoundedInterval} (h : ∀ x ∈ ↑I, |f x| ≤ M) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          M * α[I]ₗ ∈ (fun (x : ℝ → ℝ) => PiecewiseConstantOn.RS_integ x I α) '' {g : ℝ → ℝ | MajorizesOn g f I ∧ PiecewiseConstantOn g I}
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_lower_of_bounded {f : ℝ → ℝ} {M : ℝ} {I : BoundedInterval} (h : ∀ x ∈ ↑I, |f x| ≤ M) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          -M * α[I]ₗ ∈ (fun (x : ℝ → ℝ) => PiecewiseConstantOn.RS_integ x I α) '' {g : ℝ → ℝ | MinorizesOn g f I ∧ PiecewiseConstantOn g I}
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_upper_nonempty {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (h : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_lower_nonempty {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (h : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_lower_le_upper {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {a b : ℝ} {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) (ha : a ∈ (fun (x : ℝ → ℝ) => PiecewiseConstantOn.RS_integ x I α) '' {g : ℝ → ℝ | MajorizesOn g f I ∧ PiecewiseConstantOn g I}) (hb : b ∈ (fun (x : ℝ → ℝ) => PiecewiseConstantOn.RS_integ x I α) '' {g : ℝ → ℝ | MinorizesOn g f I ∧ PiecewiseConstantOn g I}) :
                          b ≤ a
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_below {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (h : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.RS_integral_bound_above {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (h : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.le_lower_RS_integral {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {M : ℝ} (h : ∀ x ∈ ↑I, |f x| ≤ M) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.RS_upper_integral_le {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} {M : ℝ} (h : ∀ x ∈ ↑I, |f x| ≤ M) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.upper_RS_integral_le_integ {f g : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (hf : Chapter9.BddOn f ↑I) (hfg : MajorizesOn g f I) (hg : PiecewiseConstantOn g I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.integ_le_lower_RS_integral {f h : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (hf : Chapter9.BddOn f ↑I) (hfh : MinorizesOn h f I) (hg : PiecewiseConstantOn h I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :
                          theorem Chapter11.lt_of_gt_upper_RS_integral {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (hf : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) {X : ℝ} (hX : upper_RS_integral f I α < X) :
                          theorem Chapter11.gt_of_lt_lower_RS_integral {f : ℝ → ℝ} {I : BoundedInterval} (hf : Chapter9.BddOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) {X : ℝ} (hX : X < lower_RS_integral f I α) :
                          @[reducible, inline]
                          noncomputable abbrev Chapter11.RS_integ (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) (α : ℝ → ℝ) :

                          Аналог визначення 11.3.4

                          Equations
                          Instances For
                            @[reducible, inline]
                            noncomputable abbrev Chapter11.RS_IntegrableOn (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) (α : ℝ → ℝ) :
                            Equations
                            Instances For

                              Аналог різних складових Леми 11.3.3

                              theorem Chapter11.RS_integ_eq_integ (f : ℝ → ℝ) (I : BoundedInterval) :
                              (RS_integ f I fun (x : ℝ) => x) = integ f I
                              theorem Chapter11.RS_integ_of_uniform_cts {I : BoundedInterval} {f : ℝ → ℝ} (hf : UniformContinuousOn f ↑I) {α : ℝ → ℝ} (hα : Monotone α) :

                              Вправа 11.8.4

                              theorem Chapter11.RS_integ_with_sign (f : ℝ → ℝ) (hf : ContinuousOn f (Set.Icc (-1) 1)) :

                              Вправа 11.8.5

                              Аналог леми 11.3.7