Кіріспе

Өлшемі нөлге тең жиын, элементтері жоқ жиын, функцияның нөлдер жиыны. Математикалық талдауда, нөлдік жиын – бұл Лебег өлшемі нөлге тең болатын нақты сандардың өлшенетін жиыны. Бұл жиынды кез келгеннен кішкентай жалпы ұзындығы бар аралықтардың санаулы біріктірілісімен жабуға болады. Нөлдік жиын түсінігін жиын теориясындағы бос жиынмен шатастырмау керек. Бос жиынның Лебег өлшемі нөл болғанымен, бос емес, бірақ нөлдік жиындар да бар. Мысалы, бос емес санаулы нақты сандар жиынының Лебег өлшемі нөлге тең, демек, ол нөлдік жиын болып табылады. Жалпы алғанда, берілген өлшем кеңістігінде нөлдік жиын – бұл жиын, мұнда…

Мысалдар

Нақты сандардың әрбір шекті немесе санауға болатын шексіз кіші жиыны нөлдік жиын болып табылады. Мысалы, натурал сандар жиыны және рационал сандар жиыны екеуі де санауға болатын шексіз, демек нақты сандардың кіші жиындары ретінде қарастырылғанда нөлдік жиындар болып табылады. Кантор жиыны санауға болмайтын нөлдік жиынға мысал.

Қасиеттері

Бұл өлшем кеңістігі болсын. Бізде: (анықтама бойынша). Нөлдік жиынтықтардың кез келген саналатын біріктірілісі өзі нөлдік жиынтық болып табылады ( өлшемнің саналатын қосындылық қасиеті бойынша). Нөлдік жиынның кез келген (өлшенетін) ішкі жиыны өзі нөлдік жиынтық болып табылады (монотондық қасиеті бойынша). Бұл фактілердің жиынтығы нөлдік жиынтықтардың σ-алгебраның σ-идеалын құрайтынын көрсетеді. Сәйкесінше, нөлдік жиынтықтарды мардымсыз жиынтықтар деп қарастыруға болады, бұл "денеуірде" деген өлшемдік теориялық ұғымды тудырады.

Қолданылуы

Нөлдік жиындар Лебег интегралының анықтамасында маңызды рөл атқарады: егер функциялар мен нөлдік жиыннан басқа барлық жерде тең болса, онда функция интегралданатын болса және тек сонда ғана функция да интегралданады, ал олардың интегралдары тең болады. Бұл, функциялардың теңдестік кластары жиыны ретінде кеңістіктердің формалды анықтамасын тудырады, мұнда функциялар тек нөлдік жиындарда ғана өзгешеленеді. Барлық нөлдік жиындардың ішкі жиындары өлшенетін болса, онда ол өлшем толық деп аталады. Кез келген толық емес өлшемді, нөлдік жиындардың ішкі жиындарының өлшемі нөлге тең деп қарастыра отырып, толық өлшемге жетілдіруге болады. Лебег өлшемі – толық өлшемнің мысалы; кейбір құрастыруларда ол толық емес Борель өлшемінің толықтырылуы ретінде анықталады.

Борельдік өлшенмейтін Кантор жиынтығының кіші жиынтығы

Борел шарасы толық емес. Бір қарапайым құрылым – стандартты Кантор жиынтығынан бастау, ол жабық, демек Борель өлшенетін, және өлшемі нөлге тең, содан кейін оның Борель өлшенбейтін ішкі жиынтығын табу. (Лебег өлшемі толық болғандықтан, бұл, әрине, Лебег өлшенетін болады.) Біріншіден, әрбір оң өлшемді жиынтықта өлшенбейтін ішкі жиынтық болатынын білуіміз керек. Кантор функциясын қарастырайық, ол жергілікті тұрақты және [0,1] аралығында монотонды өседі, сонымен қатар f(0) = 0 және f(1) = 1. Әрине, Кантор функциясы санаулы, өйткені ол Кантор жиынтығының әр компоненті үшін бір нүктеден тұрады, демек, өлшемі нөлге тең, ал Кантор жиынтығының өлшемі бірге тең. Бізге қатаң монотонды функция қажет, сондықтан f(x) = 3x қарастырайық. f(x) қатаң монотонды және үздіксіз болғандықтан, ол гомеоморфизм болады. Сонымен қатар, оның өлшемі бірге тең. Е деп өлшенбейтін жиынтықты белгілейік, және g(x) = f(x) болсын. Егер f инъективті болса, онда g(E) де инъективті болады, демек, g(E) өлшемсіз жиын болады. Алайда, егер E Борель өлшенетін болса, онда g(E) да Борель өлшенетін болады (мұнда үздіксіз функция арқылы Борель жиынтығының кері образы өлшенетін болатынын пайдаланамыз; g – үздіксіз функция арқылы E жиынтығының кері образы). Демек, g(E) өлшемсіз, бірақ Борель өлшенбейтін жиын болады.

Қашықтық

Бөлінетін Банах кеңістігінде топтық операция кез келген жиынтықты оның трансляцияларына көшіреді, кез келген үшін. Егер Борел жиындарының σ-алгебрасындағы μ ықтималдық өлшемі бар болса және барлығы үшін орындалса, онда – Haar нөлдік жиыны болады. Бұл термин трансляциялардың өлшемдерінің нөлдік инварианттығын көрсетеді, оны Haar өлшеміндегі толық инварианттылықпен байланыстырады. Топологиялық топтардың кейбір алгебралық қасиеттері жиынтықтардың мөлшерімен және Haar нөлдік жиындарымен байланысты. Haar нөлдік жиындары поляк топтарында A жиыны аз болмаған жағдайда, бірлік элементтің ашық маңызын қамтитынын көрсету үшін қолданылды. Бұл қасиет Хьюго Штайнхаус теоремасының қорытындысы болғандықтан, оның атымен аталады.