多重积分的变量替换.ppt

1,积分学,多重积分的变量替换,2,讨论的缘由,单积分或一重积分的变量替换(也叫换元)的根据是微积分基本定理,其在计算和证明中的作用是巨大的.在证明了Fubini定理之后,它在重积分的讨论中也获得应用.但这还是不够的！多重积分的一般变量替换是一个十分重要、有趣题目,3,基本思路,什么样的Rn到自身的变换是保集合的可测性的?基本例子:正则变换正则变换如何改变可测集的测度?线性变换：讨论特征函数正则变换：讨论特征函数非负可测函数和有积分函数的积分变换公式,4,复习Rn上正则变换,定义:设Rn是非空开集,TRn满足下列条件:T在上是单射；T在上有一阶连续导数(即是C1的);DT=T在上处处可逆(即J(T)=det(T)恒不为零)则称T为上的正则变换.结论:T()开集、T-1:T()也是正则变换、且,5,记号复习：导数矩阵,导数矩阵(也叫Jacobi矩阵):,6,记号复习：差分的表示,设x,B(x,r)(r0),yB(x,r).TRn在x点可微,则其中T(y),T(x),y和x都是n维列向量,|y-x|是n维欧氏范数(也叫长度或距离),7,记号复习：差分矩阵表示,上页的式子的矩阵形式：,8,记号复习：线性变换,设L:RnRn为线性变换,在取定基(通常取标准基)后,L可等同为一个n阶方阵(也记为L).线性变换是可微变换;如果还是非奇异(也叫非退化的),就是正则变换L(x)=Lx;L(x)=L;J(L)=det(L)线性变换的范数:|L|=max|Lx|:|x|=1导数的范数:|T|E=sup|T(x)|:xE,9,正则变换是可测变换,可测变换:把可测集映射成可测集的变换叫做可测变换正则变换是可测变换:由正则变换把开集映射成开集,再由正则变换是单射,因此在正则变换下,交的像等于像的交.由任一个可测集包含在可数多个开集的交中,并且两者的差的测度为零.因此只要能证明零测集的像还是零测集就行了步骤:(1)在一个闭方块中的零测集的像是零测集;(2)一般的零测集的像是零测集,10,闭方块中零测集的像,设Rn中的开集,T为上的C1变换.闭方块Q,EQ为零测集,即|E|=0,则|T(E)|=0.证明:只要证明,|T(E)|0,L=aI(位似变换,也叫伸缩变换)则|L(E)|=an|E|.,19,线性变换积分公式,设L是Rn的可逆线性变换,ERn可测.是L(E)上的可积函数.则下列公式成立证明:考虑E=Rn的情形就可以了.只要证明对简单函数结论成立就行了,而这正是测度公式所说的,惟一要注意的就是,20,正则变换的测度不等式,E为闭方块Q成立(证明关键)E为开集G任意可测集E闭方块Q情形的证明:记h为Q的边长.证明的想法是对T用其导数(线性变换)“局部”近似.具体方法是等分Q和利用导数的连续性以及线性变换时的结果.,21,闭方块测度不等式,通过把Q的各边m等分将等分Q为N=mn个不重叠的小方块Qk,记Qk的中心为xk,Lk=T(xk),k=1,N.由可微性由微分中值定理,得到不等式,记,22,闭方块测度不等式(续1),由T在Q上连续,()0(0).下面估计注意其中记,23,闭方块测度不等式(续2),由关系式可知包含在以为心,以为边长的方块中,也就是,在注意到,24,闭方块测度不等式(续3),因此，令m就得到,25,开集的测度不等式,对于开集G,成立测度不等式证明:取可数多个不重叠的闭方块QKG,满足,因此,26,有界可测集的测度不等式,对于有界可测集E,成立测度不等式证明:由E可测,取单调递减有界开集列Gk和零测集Z满足由此得到由控制收敛定理,k就得到不等式.#,27,可测集的测度不等式,对于可测集E,成立测度不等式证明:取两两不相交有界可测集列Ek满足则,28,非负可测函数的积分不等式,设是T()上的非负可测函数,则证明：上述不等式对非负简单函数成立,然后利用Levi单调收敛定理就可以了.#,29,非负可测函数的积分公式,设是T()上的非负可测函数,则证明:由积分不等式,只要证明相反的不等式成立就行了.在上非负