# 16.4 Lebesgue 积分
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在给定间隔内具有被积函数![](https://img.kancloud.cn/90/34/90340615fd75f4a3550a82c374838b6b_34x18.gif)的黎曼积分被定义为当![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)接近![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)的大小![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)的子区间的总和![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif),![](https://img.kancloud.cn/da/b8/dab8f201ba10fb5a14e991ab157a9c7c_10x13.gif)乘以![](https://img.kancloud.cn/18/8e/188ee644e8202aad30eac11166858841_10x16.gif)的值时的极限![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)。该子区间中的任意点,当该限制存在时,并且对于所有区间中的每个点选择都是相同的。否则,该函数被称为在该间隔内不可积。
所有有理数上的![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif)和所有其他数上的![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)的函数在这个意义上显然不可积,因为任何非零大小的每个区间都包含有理数和无理数,因此这两个函数的值都是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)和![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif)。有许多非有理数而不是有理数,这表明我们可能忘记有理数,并说积分是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)。另一方面,如果我们在计算机上执行数值计算,由于计算机将每个点都舍入到理性点,我们会找到每个区间的值![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif)。
还有另一种方法来定义函数的积分,刚才描述的函数是可积的。
我们可以通过平行于![](https://img.kancloud.cn/77/90/7790dd0efb4a03a4c876741804d9b559_10x8.gif)轴的切片分割成碎片,而不是通过平行于![](https://img.kancloud.cn/6c/70/6c704047d3148fd7a8b563aaf79dd7f4_9x12.gif)轴的切片来分割由积分计算的面积。
假设,为方便起见,被积函数是非负的,我们在有限的区间内进行积分。然后,对于每个切片,我们将发现对于域内的某些点,切片在被积函数之下,对于某些切片在其上方,并且对于一些而言,被积函数位于切片内。随着切片的大小减小,来自最后一个的贡献变得可以忽略不计,并且积分将是切片低于被积函数的贡献的总和。
对于连续的被积函数,对于每个切片,它下面的点将在实线上形成一些区间集。我们很快就会注意到有很多种积分。在每一个中,我们为切片低于被积函数的点集的每个切片定义“度量”,并且所有切片上的这些度量的总和必须收敛到积分。
什么构成措施?主要必要条件是不相交集的度量之和(这些是没有共同点的集合)是它们并集的度量(并集是任何一个中的点集)。这必须适用于任何有限数量的相互不相交的集合的联合:它们的联合必须具有与其度量的总和相等的度量。由于可数列表中的任何点都位于可数列表的有限初始段中,因此任何可数数量的集合的并集度量必须是其度量的总和才有意义。
在通常的积分![](https://img.kancloud.cn/fe/61/fe617482d934dc44e10260452e83cabe_74x41.gif)的情况下,间隔的度量是其长度。单个点是长度![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)的间隔,并且具有![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)度量。
这告诉我们,任何可计数的点集的度量必须是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)的可数和,因此必须是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)以及此度量(和它们一样的度量。)
我们可以得出结论,对于通常的积分,有理数上的![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)和其余实数上的![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif)的奇怪函数是可积的。有理数的数字是可数的,它是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)的可数和,因此是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)。因此,其余部分的度量是积分的区间的长度,并且这个奇怪的函数确实是可积的。
**还有哪些措施?**
我们已经遇到了一些其他措施;如果我们处理![](https://img.kancloud.cn/a2/b9/a2b9de23d95f777bcd6ba5d20a3c2b47_97x41.gif),即![](https://img.kancloud.cn/aa/08/aa089afba78d8ddf6c147fe498693f0a_151x41.gif),我们使用![](https://img.kancloud.cn/67/8b/678b6b0b71faac004e74222463203a48_76x18.gif)定义的度量来积分![](https://img.kancloud.cn/90/34/90340615fd75f4a3550a82c374838b6b_34x18.gif)。例如,如果![](https://img.kancloud.cn/cd/2d/cd2d0b2a7dc119e49403adc3eadb5068_33x18.gif)是![](https://img.kancloud.cn/01/f8/01f84e4eaa051336db9e6c7195aa15ca_16x16.gif),则间隔的度量不是其长度,而是在间隔的端点处其值之间的![](https://img.kancloud.cn/01/f8/01f84e4eaa051336db9e6c7195aa15ca_16x16.gif)的差异。
此外,普通总和,例如![](https://img.kancloud.cn/3b/8d/3b8d03b8a29ec6dc529cbe82a6a492c0_169x18.gif),也可以写成 Lebesgue 积分,在这种情况下使用点![](https://img.kancloud.cn/76/93/76933d99d0c6575066990e77468071f1_42x12.gif)上的![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif),以及![](https://img.kancloud.cn/93/4e/934edca97d1ba8866acd15abb83f151f_16x11.gif)和![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif)其他地方的量度。
自物理学家![](https://img.kancloud.cn/85/15/851598c43f65f5bc4ca942bce594f84a_30x17.gif)世纪以来一直使用这种积分,并且有一段时间被数学家所厌恶。物理学家引入了“δ函数”![](https://img.kancloud.cn/8a/13/8a13fdc189fc42307a73d6214675be50_72x18.gif),它是![](https://img.kancloud.cn/fb/02/fb0294de83ba79f08ad4634c597b108c_9x12.gif),除非![](https://img.kancloud.cn/77/90/7790dd0efb4a03a4c876741804d9b559_10x8.gif)是![](https://img.kancloud.cn/46/08/46082f7d6471c3fabb832d8f94075758_16x11.gif),但其积分是![](https://img.kancloud.cn/55/95/559537f1e11c68d8ba3d9f6d540de6b0_7x13.gif)。然后可以将表示前一段总和的积分写为
![](https://img.kancloud.cn/18/9b/189b5d73705cf009c44645a541657904_349x41.gif)
delta 函数![](https://img.kancloud.cn/8a/13/8a13fdc189fc42307a73d6214675be50_72x18.gif)的明显问题是当![](https://img.kancloud.cn/77/90/7790dd0efb4a03a4c876741804d9b559_10x8.gif)为![](https://img.kancloud.cn/46/08/46082f7d6471c3fabb832d8f94075758_16x11.gif)时它必须是无限的。幸运的是,允许它作为![](https://img.kancloud.cn/77/90/7790dd0efb4a03a4c876741804d9b559_10x8.gif)的函数在![](https://img.kancloud.cn/46/08/46082f7d6471c3fabb832d8f94075758_16x11.gif)周围具有不可测量的小宽度的后果,在这种情况下它可以保持有限,对于所有用途都是不可检测的,在最终应用时,它被集成过度。从勒贝格积分的角度来看,这只是另一种衡量标准。
如果您发现任何这些东西很有趣,请了解更多信息!
- 第 0 章:为何学习微积分?
- 0.1 你应该知道什么
- 0.2 什么是微积分?我们为什么要研究它?
- 第 1 章:数字
- 1.1 什么是数字?有理数
- 1.2 小数和实数
- 1.3 复数
- 复数运算
- 1.4 可数集(消遣)
- 第 2 章:使用电子表格
- 2.1 什么是电子表格?
- 2.2 斐波纳契数
- 2.3 帕斯卡的三角形
- 2.4 与电子表格集成
- 第 3 章:线性函数
- 3.1 什么是函数?
- 3.2 线性函数
- 3.3 线性
- 第四章:函数的二次型和导数
- 4.1 更复杂的函数
- 4.2 二次函数的斜率
- 第 5 章:有理函数和导数的计算
- 5.1 有理函数的导数
- 第 6 章:指数函数,替换和链规则
- 6.1 最有用函数的导数
- 第 7 章:三角函数及其导数
- 7.1 二维数学
- 7.2 三角学和导数以及加法定理
- 第 8 章:反函数及其导函数
- 8.1 反函数
- 8.2 微分反函数
- 8.3 更多规则
- 第 9 章:数值微分和不可微函数
- 9.1 数值微分
- 9.2 绘制导数图
- 9.3 不可微函数
- 第 10 章:微分的回顾
- 10.1 复习
- 第 11 章:微分在求解方程中的应用
- 11.1 求解方程
- 第 12 章:反导数
- 12.1 反导数
- 第 13 章:曲线下面积;定积分
- 13.1 区域:定义,名称和符号
- 13.2 微积分和确定区域的基本定理
- 13.3 积分的诀窍
- 第 14 章:数值积分
- 14.1 数值积分计划
- 14.2 积分的“规则”
- 14.3 为什么这些规则有效?
- 第 15 章:平行数字的面积和体积;行列式
- 15.1 有符号面积和体积
- 15.2 表示平行边的图形
- 15.3 行列式的属性
- 15.4 求解行列式
- 15.5 用于求解电子表格中的行列式的爱丽丝梦游仙境方法
- 第 16 章一些纯数学
- 16.1 极限和点集拓扑简介
- 16.2 紧集
- 16.3 杂注
- 16.4 Lebesgue 积分
- 第 17 章:物理的建模应用
- 17.1 垂直运动建模
- 17.2 弹簧建模(谐波振荡器)
- 17.3 受迫振荡
- 17.4 简单电路
- 第 18 章捕食者猎物模型
- 18.1 捕食者猎物模型
- 第 19 章:求解微分方程
- 19.1 计划
- 19.2 一阶微分方程
- 19.3 二阶微分方程
- 19.4 行星运动