Autor Tema: Conjuntos acotados de medida cero y existencia de volumen

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26 Mayo, 2025, 01:21 am
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aurus

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Hola a todos, agradecería su ayuda con el siguiente ejercicio.

Demostrar que si \( C \subset \mathbb{R}^m \) es un conjunto acotado de medida \(m\)-dimensional cero tal que su volumen existe, entonces \( \operatorname{vol}(C) = 0 \). Además, da un ejemplo de un conjunto \( C \subset \mathbb{R}^m \) de medida cero tal que su volumen no exista.

26 Mayo, 2025, 01:34 am
Respuesta #1

Masacroso

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Hola a todos, agradecería su ayuda con el siguiente ejercicio.

Demostrar que si \( C \subset \mathbb{R}^m \) es un conjunto acotado de medida \(m\)-dimensional cero tal que su volumen existe, entonces \( \operatorname{vol}(C) = 0 \). Además, da un ejemplo de un conjunto \( C \subset \mathbb{R}^m \) de medida cero tal que su volumen no exista.

Para mí los conceptos de medida de Lebesgue y volumen son la misma cosa, así que tendrías que especificar qué es exactamente en este contexto el volumen, y qué es la medida \( m \)-dimensional. Las definiciones que tengas, básicamente.

26 Mayo, 2025, 02:36 am
Respuesta #2

aurus

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Hola Masacroso,

Estas son las definiciones con las que estamos trabajando:

Un conjunto \( A \subset \mathbb{R}^m \) se dice que tiene \(m\)-medida cero si para todo \( \varepsilon > 0 \), existe una colección numerable de rectángulos \( \{R_i\}_{i=1}^\infty \) en \( \mathbb{R}^m \) tal que:
\[
A \subset \bigcup_{i=1}^\infty R_i \quad \text{y} \quad \sum_{i=1}^\infty \operatorname{vol}(R_i) < \varepsilon.
\]
Es decir, \(A\) puede ser cubierto por una colección numerable de rectángulos cuya suma de volúmenes (volúmenes \(m\)-dimensionales) puede hacerse arbitrariamente pequeña.

Ahora cuando dicen que el volumen exista creo que se refieren al volumen definido según Jordan

 Sea \( X \subset \mathbb{R}^m \) un conjunto Jordan-medible. Entonces su volumen \(m\)-dimensional se define como:

\[
\operatorname{vol}(X) = \int_B \mathbf{1}_X(x) \, dx,
\]

donde:

 \( \mathbf{1}_X \) es la función característica de \(X\), es decir,
    \[
    \mathbf{1}_X(x) = \begin{cases}
    1 & \text{si } x \in X, \\
    0 & \text{si } x \notin X;
    \end{cases}
    \]
 \( B \subset \mathbb{R}^m \) es un bloque compacto tal que \( \overline{X} \subset \operatorname{int}(B) \)

26 Mayo, 2025, 03:05 am
Respuesta #3

Masacroso

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En lo anterior entiendo que \( \int _B 𝟙_{X}(x)\,d x \) es la integral de Riemann. En cualquier caso no creo que pueda ayudarte, no he utilizado nunca la idea de volumen de Jordan así que no conozco resultados relacionados con la misma que me esclarezcan un proceder, es decir, sé lo que te piden demostrar, pero no sé el camino que podría usar para demostrarlo de tal modo que los pasos te resulten conocidos.

Básicamente te están pidiendo demostrar que la integral de Lebesgue es más general que la de Riemann, al menos en lo que respecta a la hora de integrar funciones características. Pero como digo, no conozco el camino teórico que están tomando para eso.

Algo que se me ocurre: si \( A \) tiene volumen de Jordan entonces de otro tema se tenía que \( \operatorname{vol}(\overline{A})=\operatorname{vol}(A) \), entonces podrías empezar considerando un conjunto \( A \) compacto (es decir, cerrado y acotado). Una cobertura contable por rectángulos se puede modificar ligeramente agrandando los rectángulos para que sea una cobertura contable de rectángulos abiertos, por tanto \( A \) tiene una cobertura finita de rectángulos abiertos. A partir de ahí quizá puedas mostrar, con los resultados que tengas del volumen de Jordan, que \( A \) tiene volumen de Jordan cero (además de medida \( m \)-dimensional cero).

Luego eso deberías poder generalizarlo a un conjunto \( A \) con volumen de Jordan que no sea necesariamente compacto.

Finalmente, para la segunda parte, podrías intentar demostrar que si \( A \) tiene volumen de Jordan cero entonces existe un \( B\subset A \) cuyo volumen de Jordan no está definido. Esto no tengo muy claro cómo podrías hacerlo. De hecho esto no es cierto para todo \( A \) de medida de Jordan cero, tiene que ser un \( A \) suficientemente complejo, como por ejemplo un rectángulo con uno de los lados con longitud cero, y \( B \) podría ser algún conjunto contable y denso en \( A \).

Añadido.

26 Mayo, 2025, 03:28 am
Respuesta #4

aurus

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Gracias por tu ayuda, Masacroso. Intentaré seguir ese camino; en cuanto tenga algo, lo subiré.