资源描述
实变函数综合练习题
《实变函数》综合训练题(一)
(含解答)
一、选择题(单选题)
1、下列集合关系成立的是( A )
(A) (B)
(C) (D)
2、若是开集,则( B )
(A) (B)的内部 (C) (D)
3、设是康托集,则( C )
(A)是可数集 (B)是开集 (C) (D)
4、设是中的可测集,是上的简单函数,则( D )
(A)是上的连续函数 (B)是上的单调函数
(C)在上一定不可积 (D)是上的可测函数
5、设是中的可测集,为上的可测函数,若,则( A )
(A)在上,不一定恒为零 (B)在上,
(C)在上, (D)在上,
二、多项选择题(每题至少有两个或两个以上的正确答案)
1、设是中的无理点全体,则(C、D)
(A)是可数集 (B)是闭集
(C)中的每一点都是聚点 (D)
2、若至少有一个内点,则( B、D )
(A)可以等于零 (B)
(C)可能是可数集 (D)是不可数集
3、设是可测集,则的特征函数是 (A、B、C )
(A)上的简单函数 (B)上的可测函数
(C)上的连续函数 (D)上的连续函数
4、设在可测集上可积,则( B、D )
(A)和有且仅有一个在上可积
(B)和都在上可积
(C)在上不一定可积
(D)在上一定可积
5、设是的单调函数,则( A、C、D)
(A)是的有界变差函数 (B)是的绝对连续函数
(C)在上几乎处处连续 (D)在上几乎处处可导
三、填空题(将正确的答案填在横线上)
1、设为全集,,为的两个子集,则 。
2、设,如果满足,则是 闭 集。
3、若开区间是直线上开集的一个构成区间,则满足、。
4、设是无限集,则的基数 (其中表示可数基数)。
5、设,为可测集,,则。
6、设是定义在可测集上的实函数,若对任意实数,都有
是 可测集 ,则称是可测集上的可测函数。
7、设是的内点,则。
8、设函数列为可测集上的可测函数列,且,则由黎斯定理可得,存在的子列,使得。
9、设是上的可测函数,则在上的积分不一定存在,且在上 不一定 可积。
10、若是上的绝对连续函数,则一定 是 上的有界变差函数。
四、判断题(正确的打“√”,错误的打“×”)
1、可列(数)个闭集的并集仍为闭集。 ( × )
2、任何无限集均含有一个可数子集。 ( √ )
3、设是可测集,则一定存在型集,使得,且。( √ )
4、设是零测集,是上的实函数,则不一定是上的可测函数。( × )
5、设是可测集上的非负可测函数,则必在上可积。 ( × )
五、简答题
1、简述无穷多个开集的交集是否必为开集?
答:不一定为开集。例如 取上一列开集为,
而是闭集,不是开集。
2、可测集上的可测函数与简单函数有何关系?
答:①简单函数是可测函数;
②可测函数不一定是简单函数;
③可测函数一定可以表示成一列简单函数的极限。
3、上的有界变差函数与单调函数有何关系?
答:①单调函数是有界变差函数;
②有界变差函数不一定是单调函数,但一定可以表示成单调函数的和或差。
六、计算题
1、设,其中是有理数集,求。
解: 因为,所以于,于是
2、求。
解: 因为
而
所以,由控制收敛定理
七、证明题
1、证明集合等式:
证明: (方法1)对任意,有且,即或且
所以 或,即。
反之,对任意,有或,即或且,所以且,即,
综上所述,。
(方法2)。
2、设是中的有理点全体,则是可测集且。
证明: 因为是可数集,则
对任意,取开区间,,显然它们把覆盖住。
于是 。让得,,从而是可测集且。
3、证明:上的实值连续函数必为上的可测函数。
证明:因为对于任意实数,由连续函数的局部保号性易知,是开集,从而是可测集。所以必为上的可测函数。
4、设是可测集上的可积函数,为的一列可测子集,,如果,则。
证明:因为且,所以
从而由题设
又在上的可积,且
所以由积分的绝对连续性得
即。
5、设是可测集上的可积函数,为中的一列递增可测子集,
。
证明:记
,其中
显然在上,,且
于是由勒贝格控制收敛定理即可的结论。
《实变函数》综合训练题(二)
(含解答)
一、选择题(单选题)
1、下列集合关系成立的是( A )
(A) (B)
(C) (D)
2、若是闭集,则( B )
(A)的内部 (B) (C) (D)
3、设是有理数集,则( C )
(A) (B)是闭集 (C) (D)是不可数集
4、设为上的连续函数,为任意实数,则( D )
(A)是开集 (B)是开集
(C)是闭集 (D)是开集
5、 设是中的可测集,,都是上的可测函数,若
,
则( A )
(A)于 (B)在上,
(C)在上, (D)在上,
二、多项选择题(每题至少有两个或两个以上的正确答案)
1、设是中的有理点全体,则(C、D)
(A)是闭集 (B)中的每一点都是内点
(C)是可数集 (D)
2、若的外测度为零,则( B、D )
(A)一定是可数集 (B)一定是可测集
(C)不一定是可数集 (D)
3、设,函数列为上几乎处处有限的可测函数列,为上几乎处处有限的可测函数,若,则下列哪些结论不一定成立(A、B、C、D)
(A)存在 (B)在上可积
(C) (D)
4、若在可测集上有积分值,则(A、C )
(A)和中至少有一个在上可积
(B)和都在上可积
(C)在上也有积分值
(D)在上一定可积
5、设是的绝对连续函数,则( A、B、C )
(A)是上的连续函数 (B)是上的一致连续函数
(C)是上的有界变差函数 (D)在上处处可导
三、填空题(将正确的答案填在横线上)
1、 设,是两个集合,则
2、设,如果满足,则是 开 集。
3、设为直线上的开集,若开区间满足和 ,则 必为的 构成 区间。
4、设是偶数集,则则的基数 (其中表示可数基数)。
5、设,为可数集,且,则。
6、设是可测集上的可测函数,则对任意实数,(),都有是 可测集 。
7、若是可数集,则。
8、设函数列为可测集上的可测函数列,是上的可测函数,如果,则 不一定成立 。
9、设是上的非负可测函数,则在上的积分的值 一定存在 。
10、若是上的有界变差函数,则必可表示成两个 递增函数的差(或递减函数的差) 。
四、判断题(正确的打“√”,错误的打“×”)
1、可列(数)个开集的交集仍为开集。 ( × )
2、任何无限集均都是可数集。 ( × )
3、设是可测集,则一定存在型集,使得,且。( √ )
4、设是可测集,则是上的可测函数对任意实数,都有是可测集。 ( √ )
5、设是可测集上的可测函数,则一定存在。 ( × )
五、简答题
1、简述无穷多个闭集的并集是否必为闭集?
答:不一定为闭集。例如 取上一列闭集为,
而是开集,不是闭集。
2、可测集上的可测函数与连续函数有何关系?
答:①连续函数是可测函数;
②可测函数不一定连续;
③可测函数在上是“基本上”连续的。
3、上的绝对连续函数与有界变差函数有何关系?
答:①绝对连续函数是有界变差函数;
②有界变差函数不一定是绝对连续函数。
六、计算题
1、设,其中是康托集,求。
解:因为,所以于,于是
再由积分与积分的关系得
。
2、设,,求。
解:因为,而
所以,由控制收敛定理
七、证明题
1、证明集合等式:
证明:(方法1)对任意,有且,即且,
所以 且,即。
反之,对任意,有且,即且,,所以且,即,
综上所述,。
(方法2)
。
2、设,且,则是可测集。
证明: 对任意,显然
又(因为),从而
所以(因为)
所以,即是可测集。
3、证明:上的单调函数必为上的可测函数。
证明:不妨设是单调递增函数,对于任意实数,记,由于是单调递增函数,,显然是可测集。所以必为上的可测函数。
4、设是可测集上的可测函数,则在上可积在上可积。
证明:必要性:因为在上可积,则和
而,所以
,
即在上可积。
充分性:因为,且,
则 ,。
所以在上可积。
5、设{}可测集上的非负可测函数列,且(), 存在使得
,
记,则在上勒贝格可积,且
。
证明:不妨设,由题设注意到单调递减可得
,
且在上恒有
,
于是,由勒贝格控制收敛定理得,在上勒贝格可积,且
。
6、 设,为上几乎处处有界的可测函数列,证明:在上的充要条件是。
证明:先证。
事实上,由对任意,再结合依测度收敛的定义即可得上面的结论。
下面证明本题的结论。
必要性:因可得,于是,,当时,有
因此,当时,并注意到和可得
所以。
充分性:对任意,由
可得 ,从而。
《实变函数》综合训练题(三)
(含解答)
一、选择题(单选题)
1、下列集合关系成立的是( A )
(A) (B)
(C) (D)
2、若是孤立点集,则( B )
(A) (B) (C)的内部 (D)
3、设是上的无理数集,则( C )
(A)是可数集 (B)是开集 (C)是不可数集 (D)
4、设是上的单调函数,则( D )
(A)在上连续 (B)在中的不连续点有不可数个
(C)在上一定不可积 (D)是上的可测函数
5、设是中的可测集,为上的可测函数,若,则( A )
(A),在上几乎处处为零 (B)在上,
(C)在上, (D)
二、多项选择题(每题至少有两个或两个以上的正确答案)
1、设是上康托集,则(B、C)
(A)是可数集 (B)是闭集
(C)中的每一点都是聚点 (D)
2、若至少有一个聚点,则(C、D )
(A) (B)
(C)可能是可数集 (D)可能是不可数集
3、设是不可测集,则的特征函数是 (C、D )
(A)上的简单函数 (B)上的可测函数
(C)上的连续函数 (D)上的不可测函数
4、设在可测集上不可积,则( B、D )
(A)和都在上不可积
(B)和至少有一个在上不可积
(C)在上可能可积
(D)在上一定不可积
5、设是的有界变差函数,则( A、D)
(A)在上几乎处处连续 (B)是的连续函数
(C)在上不可导 (D)在上几乎处处可导
三、填空题(将正确的答案填在横线上)
1、设为全集,,为的两个子集,则
2、设,如果满足,则是 完全 集。
3、若开区间和是直线上开集的两个不同的构成区间,则。
4、设是无限集,是至多可数集,则的基数 。
5、设,为可测集,,则。
6、设是定义在可测集上的有限实函数,若对任意实数,都有是可测集,则是可测集上的 可测函数 。
7、设是孤立点集,则。
8、设函数列为可测集上的可测函数列,且,则 不一定成立 。
9、设是上的可测函数,则在上的可积的充要条件是在上 勒贝格可积 。
10、若是上的有界变差函数或绝对连续函数,则上的导数
几乎处处存在 。
四、判断题(正确的打“√”,错误的打“×”)
1、可列(数)个型集的并集仍为型集。 ( √ )
2、无限集中一定存在具有最大基数的无限集。 ( × )
3、设是可测集,则一定存在开集,使得,且。( × )
4、设和都是可测集,是和上的可测函数,则不一定是上的可测函数。 ( × )
5、设是可测集上的可测函数,且存在(可为),则和至少有在上可积。 ( √ )
五、简答题
1、简述无穷多个零测集的并集是否必为零测集?
答:不一定为零测集。例如 ,显然为单元素集,为零测集,不是零测集。
2、上的可测集与Borel集的关系?
答:①Borel集是可测集;
②可测集不一定是Borel集;
③可测集一定可以表示成一个Borel集与零测集的差或并。
3、可测集上的可测函数与连续函数有何关系?
答:①可测集上的连续函数一定是可测函数;
②可测集上的可测函数不一定是连续函数;
③对上的一个可测函数,任取,在可测集中去掉一个测度小于的可测子集后,可使此可测函数成为连续函数。
六、计算题
1、设,其中是有理数集,求。
解: 因为,所以于,于是
2、设,,求。
解:因为,而
所以,由控制收敛定理
七、证明题
1、证明集合等式:
证明: (方法1)对任意,有且,即,且
所以 或,即。
反之,对任意,有且,即,且,所以且,即,
综上所述,。
(方法2)。
2、设是中的无理点全体,则是可测集且。
证明: 记是中的有理点全体,由于是可数集,从而可测,且。又,所以,是可测集且。
3、设,,证明:是上的可测函数的充要条件是为可测集。
证明:充分性:因为是上的可测函数,则对任意实数,
是可测集,特别取,注意到,可得为可测集。
必要性:若为可测集,则是上的简单函数,从而为上的可测函数。
4、设为可测集上的可测函数列,若,则在上
。
证明:对任意,由于
所以
,
即在上。
5、设,若是上一列几乎处处收敛于零的可积函数,且满足对任意,存在,只要,就有,证明:
。
证明:由题设及Egoroff定理得,对题设中的,存在可测集,,在上一致收敛于,从而对题设中的,存在,当时
于是,当时,并注意到题设的条件,有
。
即 。
《实变函数》综合训练题(四)
(含解答)
一、多项选择题(每题至少有两个或两个以上的正确答案)
1、设是中的有理点全体,则(C、D)[考核对典型集合掌握的情况]
(A)是闭集 (B)中的每一点都是内点
(C)是可数集 (D)
2、设是中的无理点全体,则(C、D)
(A)是可数集 (B)是闭集 (C)中的每一点都是聚点 (D)
3、若的外测度为零,则( B、D )[考核零测集的特点]
(A)一定是可数集 (B)一定是可测集
(C)不一定是可数集 (D)
4、若至少有一个内点,则( B、D )[考核典型集的外测度可数性的特点]
(A)可以等于零 (B) (C)可能是可数集 (D)是不可数集
5、设,函数列为上几乎处处有限的可测函数列,为上几乎处处有限的可测函数,若,则下列哪些结论不一定成立(A、B、C、D)
[考核可测函数与勒贝格积分的简单综合]
(A)存在 (B)在上可积
(C) (D)
6、设是可测集,则的特征函数是 (A、B、C )[考核特征函数的特点]
(A)上的简单函数(B)上的可测函数 (C)上的连续函数(D)上的连续函数
7、若在可测集上有积分值,则(A、C )[考核勒贝格积分的定义]
(A)和中至少有一个在上可积 (B)和都在上可积
(C)在上也有积分值 (D)在上一定可积
8、设在可测集上可积,则( B、D )[考核勒贝格积分的定义]
(A)和有且仅有一个在上可积 (B)和都在上可积
(C)在上不一定可积 (D)在上一定可积
9、设是的绝对连续函数,则( A、B、C )[考核绝对连续函数、有界变差函数的基本性质]
(A)是上的连续函数 (B)是上的一致连续函数
(C)是上的有界变差函数 (D)在上处处可导
10、设是的单调函数,则( A、C、D)[考核绝对连续函数、有界变差函数的基本性质]
(A)是的有界变差函数 (B)是的绝对连续函数
(C)在上几乎处处连续 (D)在上几乎处处可导
二、单项选择题 (每题仅有一个正确答案)
1.设是中的无理点全体,则是( C ).[考核对典型集合掌握的情况]
(A)可数集 (B)有限集 (C)不可数集 (D)零测集
2.下面集合关系成立的是( A ). [考核对集合的基本运算掌握的情况]
(A) (B) (C) (D)
3.若至少有一个内点,则有(B ). [考核对典型集合外测度掌握的情况]
(A) (B) (C)(D)
4.设是开集,则( B ).[考核开集闭集的基本特征]
(A) (B) (C) (D)
5.设是可测集,则的特征函数是上的(A). [考核对集合的特征函数的认识]
(A)简单函数 (B)常函数 (C)连续函数(D)单调函数
6.设是有理数集,,则是上的(C).[考核目标同上题]
(A)连续函数(B)单调函数(C)简单函数(D)定积分存在的函数
7.设在可测集上勒贝格可积,则(B). [考核勒贝格积分的定义]
(A)和有且仅有一个在上勒贝格可积;(B)和都在上勒贝格可积
(C)和都在上不勒贝格可积;(D)在上不勒贝格可积
8.设是上的无理数集,表示连续基数,则(D). [考核对典型集合基数和测度掌握的情况]
(A) (B) (C) (D)
9.设是上的单调函数,则是上的(D). [考核基本的有界变差函数和绝对连续函数]
(A)连续函数 (B)绝对连续函数 (C)可导函数 (D)有界变差函数
10.设在上绝对连续,则在上(A).[考核绝对连续函数的关系的基本性质]
(A)有界变差 (B)可导 (C)单调 (D)连续可微
三、填空题
1.设,为的两个子集,则 等于 .[考核集合之间的基本关系]
2.设,为两个集合,则 等于 .[考核目标同上]
3.设,如果满足,则是 闭 集.[考核开集、闭集的定义]
4.设,如果中的每一点都是内点,则是 开 集.[考核开集、闭集的定义]
5.若开区间是直线上开集的一个构成区间,则满足且 .[考核开集的构成区间的定义和特点]
6.设是上的开集,若开区间满足且,则称是开集的
构成 区间.[考核开集的构成区间的定义和特点]
7.设是无限集,则的基数 大于或等于 (其中表示可数基数).[考核可数集的性质]
8.设是偶数集,则的基数 等于 (其中表示可数基数).[考核可数集的性质]
9.设,为可测集,,则 大于或等于 .[考核测度的性质,单调性和次可加性]
10.设,为可测集,则 小于或等于 .[考核测度的性质,次可加性]
11.设是定义在可测集上的实函数,若对任意实数,都有是 可测集 ,则称是可测集上的可测函数. [考核可测函数的定义]
12.设是可测集上的可测函数,则对任意实数,(),有是
可测 集. [考核可测函数的基本性质]
13.设是可数集,则 等于 .[考核典型集合的测度和外测度]
14.设是康托集,则 等于 .[考核典型集合的测度和外测度]
15.设函数列为可测集上的可测函数列,且在上依测度收敛于,则存在的子列,使得在上 几乎处处收敛于 . [考核函数列收敛与依测度收敛的关系的记忆,本题是其中的黎斯定理]
16.设,是上的可测函数列,是上的实函数,若在上几乎处处收敛于,则在上 依测度 收敛于.[考核函数列收敛与依测度收敛的关系的记忆,本题是其中的勒贝格定理]
17.设在上黎曼可积,则在上勒贝格可积,且它们的积分值 相等 .[考核黎曼积分与勒贝格积分的关系]
18.设,都在上勒贝格可积,且几乎处处相等,则它们在上勒贝格积分
值 相等 .[考核勒贝格积分的基本性质]
19.若是上的绝对连续函数,则 是 上的有界变差函数.[考核有界变差函数和绝对连续函数的关系]
20.若是上的有界变差函数,则可以表示成两个单调函数的 和或差 .[考核有界变差函数和单调函数的关系,即约当分解定理]
四、判断说明题(注意这类题不仅要求判断对还是不对,而且还要简单的说明理由)
1.无限个闭集的并集仍为闭集.[考核开集、闭集的性质]
答:不对,因为闭集只对有限的并集运算封闭。
2.无限个开集的交集仍为开集.[考核开集、闭集的性质]
答:不对,因为开集只对有限的交集运算封闭。
3.无限集均含有一个可数子集.[考核可数集的性质]
答:对,因为这是可数集与无限集的关系。
4.无限集都是可数集.[考核无限集的分类]
答:不对,因为无限集还包括不可数集。
5.设是可测集,则一定存在型集,使得,且.[考核可测集与型集或型集的关系]
答:对,因为这是可测集与型集的关系。
6.设是可测集,则一定存在型集,使得,且.[考核可测集与型集或型集的关系]
答:对,因为这是可数集与型集的关系。
7.设是测度为零的集,是上的实函数,则不一定是上的可测函数.[考核可测函数的基本性质]
答:不对,因为零测集上的任何实函数都是可测函数。
8.设是可测集,是上几乎处处为零的实函数,则在上可测.[考核可测函数的基本性质]
答:对,因为常函数0是可测函数,由可测函数的性质可得在上可测。
9.设是可测集上的非负可测函数,则必在上勒贝格可积.[考核勒贝格积分的定义]
答:不对,因为可测集上的非负可测函数只能保证有勒贝格积分,不一定能保证勒贝格可积。
10.设是可测集上的可测函数,则一定存在.[考核勒贝格积分的定义]
答:不对,因为可测集上的可测函数,不一定能定义勒贝格积分,因此不一定能保证存在。
五、简答题(此类题关键是要把要点答出来)
1.简述无穷多个开集的交集是否必为开集?[考核开集、闭集的运算性质]
要点:首先,回答结论:不一定为开集
其次,举出交集为开集的例子和交集不是开集的例子。
2.简述无穷多个闭集的并集是否必为闭集?[考核开集、闭集的运算性质]
要点:首先,回答结论:不一定为闭集
其次,举出并集为闭集的例子和并集不是闭集的例子。
3.可测集上的可测函数与简单函数有何关系?[考核可测函数与简单函数的关系]
要点:1、简单函数是可测函数;2、可测函数不一定是简单函数;3、可测函数一定可表示成一列简单函数的极限。
4.可测集上的可测函数与连续函数有何关系?[考核可测函数与简单函数的关系]
要点:1、连续函数是可测函数;2、可测函数不一定是连续函数;3、对任意,在中去掉一个测度小于的可测集后,可测函数能成为连续函数(鲁津定理)。
5.上的有界变差函数与单调函数有何关系?[考核单调函数与有界变差函数的关系]
要点:1、单调函数是有界变差函数;2、有界变差函数不一定是单调函数;3、有界变差函数能分解成两个单调函数的和或差。
6.上的绝对连续函数与有界变差函数有何关系?[考核有界变差函数与绝对连续函数的关系]
要点:1、绝对连续函数是有界变差函数;2、有界变差函数不一定是绝对连续函数。
六、计算题(注意这类题要写出主要步骤)
1.设,其中是有理数集,求.[考核简单的勒贝格积分的计算]
解:因是至多可数集,,得在上几乎处处成立。
所以由勒贝格积分的惟一性,。
2.设,其中是康托集,求.[考核简单的勒贝格积分的计算]
解:由康托集为零测集,即,得在上几乎处处成立。所以
。
注意:上面两题是简单积分的计算,注意利用积分的惟一性。
3.求.[考核勒贝格控制收敛定理的简单应用]
解:因为,且
而在勒贝格可积,所以,由勒贝格控制收敛定理
。
4.设,,求.[考核勒贝格控制收敛定理的简单应用]
解:因为,且
而显然在 勒贝格可积,所以,由勒贝格控制收敛定理
。
注意:上面的两题在计算时,要注意验证勒贝格控制收敛定理的条件。
七、证明题
1.证明:.
证明:(方法1)
(方法2)直接用集合相等的定义证明。
2.证明:.
证明:(方法1)
(方法2)直接用集合相等的定义证明。
3.设是中的有理点全体,则是可测集且.
提示:用外测度的定义证明
证明: 因为是可数集,则
对任意,取开区间,,显然它们把覆盖住。
于是 。让得,,从而是可测集且。
4.设,且,则是可测集.
提示:用可测集的定义证明。
证明: 对任意,显然
又(因为),从而
所以
(因为)
所以
,
即是可测集。
5.证明:上的实值连续函数必为上的可测函数.
证明:因为对于任意实数,由连续函数的局部保号性易知,是开集,从而是可测集。所以必为上的可测函数。
6.证明:上的单调函数必为上的可测函数.
证明:不妨设是单调递增函数,对于任意实数,记,由于是单调递增函数,,显然是可测集。所以必为上的可测函数。
7.设是可测集上的勒贝格可积函数,为的一列可测子集,,如果,则.
证明:因为且,所以
从而由题设
又在上的可积,且
所以由积分的绝对连续性得
即。
8.设是可测集上的可测函数,则在上勒贝格可积在上勒贝格可积.
证明:必要性:因为在上可积,则和
而,所以
,
即在上可积。
充分性:因为,且,
则 ,。
所以在上可积。
9.设是可测集上的勒贝格可积函数,为中的一列递增可测子集,证明:
.
证明:记
,其中
显然在上,,且
于是由勒贝格控制收敛定理即可的结论.
10.设是可测集,且,若是上一列几乎处处收敛于零的可积函数,且满足对任意,存在,只要,就有,证明:
.
证明:由题设及叶果洛夫定理得,对题设中的,存在可测集,,
使得, 在上一致收敛于,
从而对题设中的,存在,当时
于是,当时,并注意到题设的条件,有
即 .
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