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学过高等数学的人,都知道一个说法:微分和积分互为逆运算。准确地讲,这句话说的是求导与不定积分的关系。用数学语言严格表达,就是:
命题:(i) 设 可积,则函数 可微且 ;
(ii) 若可微,则 可积且 (允许差一常数)。
这个命题并不是无条件成立的。首先,函数可积时不一定可微,见下边的例1。另一方面,当可微时, 也不一定可积,见下边的例2。
例1. 在[-1, 1]上定义函数如下:
例2. 在[-1, 1]上定义函数如下:
我们知道,数学中有很多种积分。前边提到的积分,是指Riemann积分。在Riemann积分范围内,微分与积分的关系只能在一定条件下是互为逆运算。
Lebesgue积分出现之后,可积函数的范围扩大了。还有一个观念性的变化,就是不在乎零测度集,零测度集合上不成立的事可以忽略不计。 因此,例1中的 是可微函数。进一步可以证明,在几乎处处意义下,命题的(i)是对的。但(ii)还是不成立,因为例2中的 在Lebesgue意义下也不可积。
问题的最终解决是在非绝对型积分出现之后。非绝对型积分以Henstock-Kurzweil积分为代表,另外的等价形式有Perron积分、 Denjoy积分等。在这类积分中,前边的命题在几乎处处意义下无条件成立。
Henstock-Kurzweil积分产生于上世纪五十年代。有意思的是, Denjoy积分和Perron积分分别出现于1912、1914年,早于Lebesgue积分,但却没有Lebesgue积分知名(有果必有因,原因另文分析)。
(想试试公式编辑器,发现还是有点问题,例1和例2中的函数表达式写不出来,只能插入图片。)
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GMT+8, 2024-12-22 00:14
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