方企勤 第六章 多元函数积分学 第6.1题

教材习题

📝 题目

6. 1.6 设 ${\mathbf{R}}^{m}$ 中的开集 $\Omega$ 为可测图形, $f : \Omega \rightarrow \mathbf{R},f \in C\left( \Omega \right)$ ,且 $f\left( x\right) \geq 0$ $\left( {x \in \Omega }\right)$ ,但不恒为零. 证明: $\displaystyle{\int }_{\Omega }f\left( x\right) \mathrm{d}V > 0$ . 如果 $\Omega$ 不是开集,上述结论是否正确? 举例说明.

💡 答案解析

6. 1.1 ${V}^{ - }\left( E\right) = 0,{V}^{ + }\left( E\right) = 1$ ,故 $E$ 不可测.

6.1.3 取 ${E}_{1}$ 为题 6.1.1 中的 $E,{E}_{2} = \{ \left( {x,y}\right) \mid 0 \leq x \leq 1,0 \leq y \leq 1\} \smallsetminus {E}_{1}$ , ${E}_{1} \smallsetminus {E}_{2}$ 是不可测图形.

6.1.5 不可积.

6.1.6 若 $\Omega$ 是容度为零的可测图形知结论不正确.

6.1.9 用直线 $x - y = {c}_{i}$ 把区域分割成几个小区域.

6.1.11 ${\underline{R}}^{m}$ 的 $n$ 阶网格可用作 $Q$ 的一个分划 $\left\{ {{\Omega }_{1},\cdots ,{\Omega }_{l}}\right\}$ ,若闭立方体 ${\Omega }_{i}$ 含于 $\bar{\Omega }$ 内,但不含于 $\mathring{\Omega }$ 内,必要时可对 ${\Omega }_{i}$ 添加一线段. 若闭立方体 ${\Omega }_{i}$ 与 $\Omega$ 的交集为空集,必要时也可对 ${\Omega }_{i}$ 添加一线段,这样得到 $\left\{ {{\Omega }_{1},\cdots ,{\Omega }_{l}}\right\}$ 仍为 $Q$ 的一个分划.

📋 详细解题步骤

步骤 1/2
目标:证明积分大于0
由于f连续且非负不恒为零,存在点x0∈Ω使得f(x0)>0。由连续性,存在δ>0使得在开球B(x0,δ)⊂Ω上f(x)≥f(x0)/2。则∫_Ω f ≥ ∫_{B(x0,δ)} f ≥ (f(x0)/2) * V(B(x0,δ)) > 0。
公式:∫_Ω f ≥ ∫_{B(x0,δ)} f ≥ (f(x0)/2) * V(B(x0,δ))
提示:利用连续性和开集性质找到一个小邻域
步骤 2/2
目标:讨论Ω不是开集的情况
结论不一定成立。例如,取Ω=[0,1]^m,f(x)=0当x在边界上,f(x)=1当x在内部。则f连续(在边界上为0),非负,不恒为零,但积分∫_Ω f = 1 > 0?实际上这里积分仍为正。反例:取Ω为有理点集,但Ω需为可测图形。更合适的反例:Ω为闭集且内部为空,如Ω={0},f(0)=1,则积分=0。但Ω需为可测图形,且f连续。取Ω为Cantor集,但Cantor集测度为0,f恒为1,积分=0。
提示:考虑测度为0的集合

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