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博雷爾集
鎖定
對於一個拓撲空間X,其所有博雷爾集的全體構成一個σ-代數,稱為博雷爾代數或者博雷爾σ-代數。拓撲空間X上的博雷爾代數是X上包含其所有開集(或者等價地,所有閉集)的最小的σ-代數。
博雷爾集在
測度論中有着重要的意義,因為任何空間上的開集(或者閉集)上定義的測度,必然可以將定義延拓到空間所有的博雷爾集上。定義在博雷爾集上的測度被稱為博雷爾測度。博雷爾集和相關的
博雷爾分層在
描述集合論中也起着基礎性的作用。
在某些語境下,博雷爾集被定義為是由拓撲空間中的
緊集而不是開集生成的。兩個定義在很多
良態的空間中是等價的,包括所有σ-緊的
豪斯多夫空間,但是在具有病態性質的空間中兩者可能不同。
- 中文名
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博雷爾集
- 外文名
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borel set
- 所屬學科
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測度論
- 所屬領域
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測度論等
- 相關術語
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博雷爾測度
- 相關定義
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拓撲空間中緊集而不是開集生成的
- 定 義
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由拓撲空間X的開集族生成的σ代數
博雷爾集定義
等價定義為
博雷爾集博雷爾代數
當X是一個
度量空間時,博雷爾代數可以用如下生成的方法描述。
[2]
對於X的一族子集T(即X的
冪集P(X)的任何子集),令
Tσ為T中元素的可數並的全體
Tδ為T中元素的可數交的全體
Tδσ=(Tδ)σ.
對於初始的情況,定義G= X的所有開子集全體。
如果i不是
極限序數,那麼i是i-1的後繼序數。令G= [G]
δσ如果i是極限序數,令
我們可以説博雷爾代數是G,其中ω
1是第一不可數序數,即
勢為ℵ₁的序數集。這意味着博雷爾代數可以通過開集全體的迭代運算
至第一不可數序而生成。
為了證明這一點,首先注意到度量空間中的任何開集都是一列遞增緊集的並。特別地,易知對於任何極限序數m,集合的差運算將G映射到自身;而且,當m是不可數的極限序數時,G在可數並運算下是封閉的。
注意到對於每一個博雷爾集B,存在一個可數序數αB使得B可以通過αB多次迭代後得到。但是隨着B取遍所有博雷爾集,αB也會相應地取遍所有可數序數,故而要得到所有博雷爾集所需的最靠前的序數是ω1,即第一不可數序數。
博雷爾集例子
一個重要的例子,尤其是對於
概率論而言,是
實數集上的博雷爾代數。它是用來定義博雷爾測度的代數。對於
概率空間上一個給定的實隨機變量,其
概率分佈按照定義,也是一個博雷爾代數上的測度。
實直線
R上的博雷爾代數是包含所有
區間的最小σ-代數。
在利用超限歸納法構造時,可以證明在每一步中,集合的
數量至多是連續統的冪。所有博雷爾集的總數不會多於
。
博雷爾集非博雷爾集
下面描述了
盧津給出的一個實數集上的子集不是博雷爾集的例子。與之形成對比的是,
不可測集的例子是無法給出的,不過其存在性是可以證明的。
其中
是一個
整數,其餘的
都是正整數。令A為對應序列
的無理數組成的集合,而且其中的元素滿足下列性質:存在一個無限子序列使得序列中每一個元素都是下一個元素的
因子。這個集合A不是博雷爾集。事實上,這個集合是一個
解析集,進一步地,在解析集全體構成的類中是完備的。
- 參考資料
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1.
William Arveson, An Invitation to C*-algebras, Springer-Verlag, 1981
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2.
Richard Dudley, Real Analysis and Probability. Wadsworth, Brooks and Cole, 1989
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3.
Gerald B. Folland.實分析 第2版:WILEY,1999
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4.
John N. McDonald, Neil A. Weiss.實分析教程 第2版:Elsevier,2013