普通(數值的)積分在向量值上的推廣。在分析數學的各分支中,因不同的要求,需要種種或是向量值函數的積分或是關於向量值測度的積分。向量值函數的積分有黎曼-斯蒂爾傑斯型積分和勒貝格型積分。
黎曼-斯蒂爾傑斯型積分 常用的一種向量值積分。如果f(t)是定義在[α,b]上,但取“值”於拓撲線性空間L的函數,則稱f(t)是[α,b]上向量值函數。設f(t)和g(t)分別是[α,b]上向量值和數值函數。任取[α,b]上分點組D:
![](/img3/11141.gif)
,作和式
![](/img3/11144.gif)
其中
![](/img3/11145.gif)
令
![](/img3/11147.gif)
如果極限
![](/img3/11148.gif)
存在,則稱
f關於
g在[
α,
b]上R-S可積,又稱
![](/img3/11149.gif)
是
f關於
g的黎曼-斯蒂爾傑斯積分,簡稱R-S積分,記為
![](/img3/11150.gif)
。類似地,也可以引入
![](/img3/11151.gif)
。向量值R-S積分有許多類似於數值函數的R-S積分的性質。特別,有分部積分公式:如果
![](/img3/11152.gif)
中有一個存在,則另一個必存在,且
![](/img3/11154.gif)
。
下面幾種向量值積分都屬於勒貝格型的。
博赫納積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間(見測度論),φ(x)是定義在x上,取值於巴拿赫空間B的向量值函數。如果存在(x,φ)的有限個互不相交的可測集A1,A2,…,An,使φ在Ai(i=1,2,…,n)上的值恒為向量ei,而
![](/img3/11155.gif)
上的值恒為0,則稱
φ是(向量值)簡單函數。如果存在
x上的一列簡單函數 {
φ
n(
x)},使得‖
φ
n(
x)-
f(
x)‖關於
μ幾乎處處收斂於0,則稱
f(
x)是
x上(取值於
B)的強可測函數。強可測函數
f(
x)的范數‖
f(
x)‖必是
x上的(數值)可測函數。如果
φ是簡單函數並且
μ(
A
i)<∞,那麼稱
![](/img3/11156.gif)
是
φ的博赫納積分,記為
![](/img3/11157.gif)
。設
f(
x)是
x上向量值函數,如果存在一個可積的簡單函數列{
φ
n},使得
![](/img3/11158.gif)
,就稱
f是
x上博赫納可積的,並稱
![](/img3/11159.gif)
是
f在
x上的博赫納積分,記為
![](/img3/11160.gif)
,可以證明:對於博赫納可積函數
f,它的積分值(是向量)不依賴於{
φ
n}的選取;
f在
x上是博赫納可積的,當且僅當
f是強可測的而且‖
f(
x)‖是
x上的數值可積函數。博赫納積分具有一般測度論中積分的性質。
伯克霍夫積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,{Ai}是x的一列互不相交的可測集,
![](/img3/11161.gif)
並且
![](/img3/11162.gif)
,稱{
A
i}是
x的可列剖分。設
f(
x)是
x上取值於巴拿赫空間
B的向量值函數,Δ={
A
i}是
x的可列剖分,如果
f在每個
A
i上有界,並且
是無條件收斂的,則稱集
![](/img3/11164.gif)
的凸閉包是
f(
x)關於Δ的積分值域,記為
J(
f,Δ)。如果對任何
ε>0,存在可列剖分Δ(
ε),使集
J(
f,Δ(
ε))的直徑小於
ε,則稱
f在
x上伯克霍夫可積,並稱由一切可列剖分Δ所得的
J(
f,Δ)的交集(隻有一個向量)為
f在
x上的伯克霍夫積分,記為
![](/img3/11165.gif)
。這種積分除富比尼定理外,具有通常勒貝格積分所具有的線性、可列可加性、絕對連續性等性質。博赫納可積必然伯克霍夫可積(逆命題並不成立),並且兩個積分相等。
更一般地,還可定義取值於具有某種拓撲結構半群上的積分,當取不同拓撲時,它可包含伯克霍夫積分和下面的積分。
蓋爾范德意義下的弱*積分 設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,f(x)是定義在x上取值於巴拿赫空間B的向量值函數。如果對每個g∈B*(B*是B的共軛空間),g(f(x))是可測函數,則稱f(x)在x上是弱可測的。在空間B是可分情況下,弱可測和強可測一致。如果對每個
![](/img3/11166.gif)
在
x上是可積的,則必存在
f
**∈
B,使得
![](/img3/11167.gif)
,稱
f
**是
f(
x)在
X上的蓋爾范德意義下的弱
*積分,記為
![](/img3/11168.gif)
。
佩蒂斯積分 或稱弱積分。另一種常用的向量值積分。設(x,φ,μ)是全σ有限測度空間,f(x)是x上取值於巴拿赫空間B的弱可測函數,如果存在b)∈B使得對一切g∈B*成立
![](/img3/11169.gif)
,則稱
f在
x上是佩蒂斯可積的,
b)是
f的佩蒂斯積分,記
b)為
![](/img3/11170.gif)
。博赫納可積必然佩蒂斯可積,並且積分相等。除去富比尼定理外,勒貝格積分的其他性質對於佩蒂斯積分也成立。
向量值測度和積分 設(x,φ)是可測空間,如果E是定義在φ上取值於巴拿赫空間B的滿足下列條件的向量值集函數:①E(ø)=0(ø是空集);②可列可加性,對φ中任何一列互不相交的集{Ai},
則稱
E是φ上向量值測度。例如,如果(
x,φ,
μ)是全
σ有限測度空間,
f是
x上取值於巴拿赫空間
B的博赫納可積函數,對任何
A∈φ,定義
![](/img3/11172.gif)
,則
E便是φ上取值於
B的向量值測度。特別,當
B是某個巴拿赫空間(或希爾伯特空間)上的有界線性算子全體按算子范數所成的巴拿赫空間時,就稱
E為φ上的算子值測度(見
譜論、
譜算子)。此外,和數值測度一樣,也可引入一個向量值測度關於另一個數值測度絕對連續的概念。但一般說來沒有拉東-尼科迪姆定理。但如果空間
B或是自反,或是希爾伯特空間,或
B的共軛空間
B
*是可分的,這時就有拉東-尼科迪姆定理。(見
測度論)