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蔡聰明

 


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.原載於科學月刊第二十六卷第八期、第九期
.作者當時任教於台大數學系
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測度論

十八世紀的弦振動問題與十九世紀初的熱傳導現象之研究,發展出富立葉分析 (Fourier Analysis):「任何周期函數,都可以展開成三角級數。」為了理論的研究,需要嚴格地定義積分,因而產生黎曼積分 (Riemann integral, 1854)。到了十九世紀末,逐漸發現黎曼積分不夠用,而且有許多缺陷。於是在本世紀初,勒貝格(H. Lebesgue, 1875∼1941)提出「測度積分論」以補足黎曼積分的不足。

先前康特已經證明有理數集是可列的,實數集是不可列的連續統。大家都公認點的長度為 0,如果要按原子論的精神,用點的長度累積出更複雜的集合的長度(或叫測度),從而對廣泛一類子集皆指定有測度,那麼問題就變得相當詭譎而微妙 (delicate and subtle):

(i) 如果要求測度具有「不可列加性」(uncountably additive),那麼每一個子集的測度皆為 0,違背常理,無法保住常識。
(ii) 如果要求測度只具「有窮可加性」(finitely additive),那麼我們只能對有窮子集談測度,且其測度為 0,這太貧乏了。
(iii) 如果要求測度具有「可列加性」(countably additive) 之折衷條件,那麼也只能做出可列集的測度(皆為 0),仍然太貧乏。

因此,只用點當「原子」,再按「加性」延拓出去,顯然是不夠的。勒貝格的解決之道是:把「原子」增多,除了點之外,還加上區間。這兩者的測度(長度)都是直觀顯明的:點的長度為 0,區間 [a,b]、(a,b]、[a,b)、(a,b) 的長度都是 b-a。以此當出發點,透過可列遮蓋 (countable cover) 的逼近手法,作出更複雜且夠豐富的子集之測度,合起來得到一個測度空間。這是一個相當完備的體系,足以承載豐富的分析學;特別地,也適用於機率論。

   

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編輯:石莉君 / 校對:康明軒 / 繪圖:張琇惠;簡立欣 最後修改日期:2/17/2002