Kurs:Analysis (Osnabrück 2013-2015)/Teil III/Arbeitsblatt 65

Aufwärmaufgaben

Aufgabe

Es seien ${}(M_{1},{\mathcal {A}}_{1},\mu _{1})$ und ${}(M_{2},{\mathcal {A}}_{2},\mu _{2})$ zwei ${}\sigma$- endliche Maßräume, es seien ${}(N_{1},{\mathcal {B}}_{1})$ und ${}(N_{2},{\mathcal {B}}_{2})$ zwei Messräume und es seien

$\varphi _{1}\colon M_{1}\longrightarrow N_{1}$

und

$\varphi _{2}\colon M_{2}\longrightarrow N_{2}$

zwei messbare Abbildungen, unter denen die Bildmaße ${}(\varphi _{1})_{*}\mu _{1}$ und ${}(\varphi _{2})_{*}\mu _{2}$ ${}\sigma$-endlich seien. Zeige, dass für das Bildmaß unter der Produktabbildung ${}\varphi =\varphi _{1}\times \varphi _{2}$ die Gleichung

${}\varphi _{*}(\mu _{1}\otimes \mu _{2})=((\varphi _{1})_{*}\mu _{1})\otimes ((\varphi _{2})_{*}\mu _{2})\,$

gilt.

Aufgabe

Wir betrachten die beiden Rechtecke

$Q=[-1,2]\times [1,4]\,\,{\text{ und }}\,\,L=[1,5]\times [3,6]$

im ${}\mathbb {R} ^{2}$. Schreibe den Durchschnitt und die Differenzmengen als disjunkte Vereinigung von Rechtecken. Schreibe die Vereinigung der beiden Mengen auf mehrere Arten als disjunkte Vereinigung von Rechtecken. Welche Darstellung ist eine Verfeinerung einer anderen Darstellung? Wie sieht ein „Raster“ aus, mit dem man alle beteiligten Mengen ausdrücken kann? Bestätige, dass die Summe der beteiligten Rechteckinhalte stets gleich ist.

Aufgabe

Zeige, dass das durch die drei Punkte ${}(0,0),(0,1)$ und ${}(1,0)$ gegebene abgeschlossene Dreieck nicht zum Produktpräring von ${}(\mathbb {R} ,{\mathfrak {P}}\,(\mathbb {R} ))$ und ${}(\mathbb {R} ,{\mathfrak {P}}\,(\mathbb {R} ))$ gehört.

Aufgabe *

Es seien ${}M$ und ${}N$ zwei abzählbare Mengen, die beide mit der ${}\sigma$- Algebra aller Teilmengen und mit dem Zählmaß (genannt ${}\mu$ bzw. ${}\nu$) versehen seien.

a) Zeige, dass ${}M$ und ${}N$ ${}\sigma$- endliche Maßräume sind.

b) Zeige, dass das Produktmaß ${}\mu \otimes \nu$ auf ${}M\times N$ ebenfalls das Zählmaß ist.

Aufgabe *

Zeige, dass sich die abgeschlossene Einheitskreisscheibe

$B\left(0,1\right)={\left\{(x,y)\in \mathbb {R} ^{2}\mid {\sqrt {x^{2}+y^{2}}}\leq 1\right\}}$

nicht durch abzählbar viele abgeschlossene Rechtecke ${}[a,b]\times [c,d]\subseteq B\left(0,1\right)$

(mit $a\leq b$ und $c\leq d$) überdecken lässt.

Aufgaben zum Abgeben

Aufgabe (5 Punkte)

Zeige, dass die offene Einheitskreisscheibe nicht zum Produktpräring von ${}(\mathbb {R} ,{\mathfrak {P}}\,(\mathbb {R} ))$ und ${}(\mathbb {R} ,{\mathfrak {P}}\,(\mathbb {R} ))$ gehört.

Aufgabe (4 Punkte)

Es sei ${}T$ die Vereinigung der drei Quader

$Q_{1}=[2,7]\times [1,3],\,Q_{2}=[1,4]\times [2,5]{\text{ und }}Q_{3}=[3,6]\times [4,6]$

im ${}\mathbb {R} ^{2}$. Bestimme

$T(x)={\left\{y\in \mathbb {R} \mid (x,y)\in T\right\}}$

für jedes ${}x\in \mathbb {R}$ und

$T^{a}={\left\{x\in \mathbb {R} \mid \lambda (T(x))=a\right\}}$

für jedes ${}a\in \mathbb {R}$ (dabei ist ${}\lambda$ einfach die Summe der Länge der disjunkten Intervalle, aus denen sich ${}T(x)$ zusammensetzt).

Einen Maßraum mit dem Gesamtmaß ${}1$ nennt man einen Wahrscheinlichkeitsraum. Für die Wahrscheinlichkeitstheorie ist das folgende Konzept enorm wichtig.

Es sei ${}(M,{\mathcal {E}},\mu )$ ein Wahrscheinlichkeitsraum. Man nennt zwei ${}\sigma$- Algebren ${}{\mathcal {A}},{\mathcal {B}}\subseteq {\mathcal {E}}$ unabhängig, wenn für jedes ${}A\in {\mathcal {A}}$ und jedes ${}B\in {\mathcal {B}}$ die Gleichheit

${}\mu (A\cap B)=\mu (A)\cdot \mu (B)\,$

gilt.

Aufgabe (4 Punkte)

Es seien ${}(\Omega _{1},{\mathcal {A}}_{1},\mu _{1})$ und ${}(\Omega _{2},{\mathcal {A}}_{2},\mu _{2})$ zwei Wahrscheinlichkeitsräume und ${}(\Omega _{1}\times \Omega _{2},{\mathcal {A}}_{1}\otimes {\mathcal {A}}_{2},\mu _{1}\otimes \mu _{2})$ ihr Produktraum. Zeige, dass die „Zylinderalgebren“

${\mathcal {Z}}_{1}={\left\{S\times \Omega _{2}\mid S\in {\mathcal {A}}_{1}\right\}}\,\,{\text{ und }}\,\,{\mathcal {Z}}_{2}={\left\{\Omega _{1}\times T\mid T\in {\mathcal {A}}_{2}\right\}}$

unabhängig sind.

Aufgabe zum Hochladen

Aufgabe * (8 Punkte)

Man schreibe eine Animation, die die Unabhängigkeit des Maßes von der Quaderzerlegung im Beweis zu Lemma 65.3  (1) am Beispiel des ${}\mathbb {R} ^{2}$ deutlich macht. Insbesondere soll die Einführung eines Rasters und der Begriff der Verfeinerung sichtbar werden.