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covering lemma

已有 5078 次阅读 2013-3-16 14:35 |个人分类:数学史|系统分类:科研笔记| 数学历史告诉人们

“给我一个温暖空间,开阔的天,驻足的点。给我一个温暖空间,温暖空间,足够融化你的空间。”研究偏微分方程的人都知道,函数空间作用巨大,方程或方程组有没有解与其所在的空间密切相关(当然还跟方程本身的结构有很大关系)。这位看官奇怪了,题目是“covering lemma”,怎么讲到函数空间?那是因为函数空间论中的一些重要的定理,其证明离不开覆盖引理(或一些“分解技巧”),因此有必要回顾下数学历史中著名的覆盖引理。
    学过数学分析的人都知道“有限覆盖原理”,讲的是闭区间【a,b】可以被有限个开区间覆盖,这个原理与实数集中其它几个公理是等价的,由此就有了实数的完备化理论,数学分析的逻辑严密性得已保证。我在这里要讲的是影响实分析理论的覆盖引理,至于数学中的其它“覆盖引理”留待以后讨论。
    20世纪初勒贝格建立了以它名字命名的积分论和微分论,克服了黎曼积分的不完备性(粗略地说,一列黎曼可积的函数,其极限函数可能不是黎曼可积的),这是数学史上光辉一笔,无论何种评价都显得不过分。勒贝格积分论中有一个重要的定理叫“勒贝格微分定理”,讲的是函数积分平均值几乎处处收敛于函数值(相对于勒贝格测度而言),这个定理是勒贝格发现的最伟大定理之一(另一个是“勒贝格控制收敛定理”)。现今的实分析课程(就我目前看到的任何一本教材)在证明这个定理时都用的是覆盖引理,利用覆盖引理证明勒贝格微分定理首先是由Vitali给出的,由此Vitali覆盖引理便得名。之后,Besicovitch利用另一形式的覆盖引理(现在称为Besicovitch覆盖引理)讲勒贝格微分定理推广到Radon测度情形。值得一提的是,最初的勒贝格微分定理中积分平均是取在一列球上的,Morse发现对具有某些“正则性”的集合,这个定理依然成立。
    Hardy-Littlewood-Wiener最大值定理断言L1空间不能被最大值算子映到L1中,而被映到弱L1中。这个定理最简洁的证明方法就是利用一般的覆盖引理(有时也称为Whitney覆盖引理)。之后Calderon和他的导师Zygmund将这一结果推广到经典的奇异积分算子(在那里他们利用Calderon-Zygmund分解引理证明的,其实这是与覆盖引理密切相关的一个技巧)。由此可知覆盖引理在证明数学其它重要定理时发挥的作用。
    关于覆盖引理更多的信息,有兴趣的读者可以参考“Differentiation of integrals in Rn”和“Geometric measure theory”.


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