貝爾函式

貝爾函式

在研究函式的連續性基礎上產生的一類重要的函式。R.L.貝爾於1899年提出如下的函式分類方法:以區間【0,1】上的函式為例,【0,1】上的連續函式稱為0類函式。0類函式序列點點收斂的極限函式,當它不是0類函式時,就稱為1類函式。1類函式序列點點收斂的極限函式,如果不是0類或1類的函式時,便稱為2類函式。依次對每一個自然數n,可以引入n類函式的概念。

定義

在數學, 貝爾函式是從獲得的連續函式的函式,通過形成的功能序列的逐點限制的操作的超限疊代。它們是由René-Louis Baire於1899年引入的。Baire集是一個特徵函式是Baire函式的集合。

貝爾函式分類

對於任何可數的序數α,α類的貝爾函式形成了在拓撲空間上定義的實值函式的向量空間,如下所示。

•Baire 0類函式是連續函式。

•Baire1類函式是那些Baire類0函式序列的逐點限制的函式。

•一般來說,Baire類α函式都是Baire類小於α的函式序列的點函式。

一些作者通過從類α的函式中去除小於α的類的所有函式來稍微不同地定義類。這意味著每個Baire函式都有一個定義良好的類,但給定類的函式不再構成一個向量空間。

亨利·勒貝格(Henri Lebesgue)證明了(對於單位區間的函式)每個可數序數的Baire類包含的函式不在任何較小的類中,並且存在不在任何Baire類中的函式 。

Baire class 1

例子:

貝爾函式 貝爾函式

任何微分函式的導數都是1類的。導數不連續( x= 0)的可微函式的一個例子是等於 當 x≠0時,以及當 x= 0時為0。一個無限的相似函式的總和(通過有理數進行縮放和移位)甚至可以給出一個可微函式,其導數在稠密集上是不連續的。然而,它必然具有連續性點,這很容易從Baire表征定理中得到( K= X= R)。

整數集合的特徵函式,如果 x是整數,則等於1,否則為0。(無數個大的不連續點)

Thomae函式,無理數 x為0,有理數 p/ q(簡約形式)為1 / q。(一組稠密的不連續性,即有理數的集合。)

貝爾函式 貝爾函式
貝爾函式 貝爾函式

康托爾集合的特徵函式,如果 x在康托爾集合中,則等於1,否則為0。這個函式對於一組不可數的 x值是0,對於不可數組是1。它在任何等於1的地方都是不連續的,在任何等於0的地方都是連續的。它通過連續函式來近似 ,在哪裡 是Cantor集合中距離最近點的距離。

貝爾函式表征定理指出,在分支空間X上定義的實值函式f是Baire-1函式,若且唯若對於X的每個非空封閉子集K,f對K的限制都有一個相對連續點到K的拓撲。

通過Baire的另一個定理,對於每Baire-1功能的連續性的點是comeager ģ集(1995年Kechris,定理(24.14)) 。

Baire class 2

例子:

貝爾函式 貝爾函式
貝爾函式 貝爾函式
貝爾函式 貝爾函式
貝爾函式 貝爾函式
貝爾函式 貝爾函式

不屬於等級1的區間[0,1]上的Baire二類函式的一個例子是有理數的特徵函式, ,也被稱為Dirichlet函式。到處都是不連續的。這可以通過注意到,對於任何有限的理性集合而言,這個集合的指標函式是Baire 1:即函式 同樣收斂於指標函式 ,在哪裡 是理性的有限集合。由於理性是可數的,我們可以看看這些事情的點狀限制 ,在哪裡 是合理的列舉。根據上述定理,不是Baire-1:不連續點是整個區間 。

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