解説:ここで定義した関数列についての、詳しい説明。

ここでは、この定理のなかで[性質1]-[性質3]を満たすと主張される関数列の定義を、
具体的に展開して説明する。
 →
Step1:f1の定義  
 →
Step1-2:f2の定義  
 →
Step1-3:f3の定義  
    
:  
 →
Step1-n:fnの定義  
    
:    

→定理「非負有界1変数関数に一様収束する単関数列」に戻る
→
定理「非負1変数関数に各点収束する単関数列」に戻る

Step1:「y = f (x) の定義域D」上に、 
       
[case0] 「0≦f (x)<1/2」を満たすx∈Dに対して、f1 (x)=0、 
       
[case1] 「1/2≦f (x)<1」を満たすx∈Dに対して、f1 (x)=1/2、 
       
[case2] 「1≦f (x)」を満たすx∈Dに対して、f1 (x)=1、 
    を対応付ける
1変数関数 y = f1 (x) を定義。 
    厳密には、
y = f1 (x)は、以下の手順で定義される。 
    
[手順1] y軸の正の部分を、次の3つの区間F0, F1 , F に分割する。
        
F0= [0, 1/2 ) = { y ∈R | 0≦y<1/2 }    
        
F1= [ 1/2 , 1 ) = { y ∈R | 1/2≦y<1 }    
        
F = [ 1, +∞ ) = { y ∈R | 1≦y }  
         
* f (x) が広義の実数値をとる(つまり、実数以外に+∞も値にとる)1変数関数である場合は、
           
F= [ 1, +∞ ] = { y ∈R | 1≦y } ∪ { +∞ } とおく。 
       
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)の値が、F0に含まれるか、F1に含まれるか , Fに含まれるか、に応じて、
        
x軸上の「y = f (x) の定義域」DをR上の点集合E0, E1 , Eに3分割する。
        すなわち、     
         
E0= f -1 ( F0) = { x∈D⊂R | f (x)∈F0 }= { x ∈D⊂R | 0≦f (x)<1/2} 
            「
0≦f (x)<1/2」を満たすxの集合をE0と定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F1 }= { x ∈D⊂R | 1/2≦f (x)<1} 
            「
1/2≦f (x)<1 」を満たすxの集合をE1と定義。   
         
E= f -1 ( F ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F }= { x ∈D⊂R | 1≦f (x) } 
            「
1≦f (x) 」を満たすxの集合をEと定義。 

      [図例]   
          
    
[手順3]上記のR上の点集合E0, E1 , Eの定義関数を用いて、次のように、f1を定義する。 
        
f1(x)=0χE0(x)+(1/2)χE1 (x)+1χE (x) 
      このように定義された
f1は、
       
x∈E0ならば、f1(x)=0  
            つまり、「0≦f (x)<1/2」を満たすxに対しては、f1(x)=0  
       x∈E1ならば、f1(x)=1/2  
            つまり、「1/2≦f (x)<1」を満たすxに対しては、f1(x)=1/2  
       x∈Eならば、f1(x)=1  
            つまり、「1≦f (x)」を満たすxに対しては、f1(x)=1  
      という風に、値をとる。  
         
[図例]   
          
  →
f1の定義の冒頭に戻る 
  →
{fn}の定義の冒頭に戻る 
  →
定理「非負有界1変数関数に一様収束する単関数列」に戻る
  →
定理「非負1変数関数に各点収束する単関数列」に戻る

 

Step2:「y=f (x)の定義域D」上に、以下のとおり、xをf2 (x)に対応付ける1変数関数 y = f2 (x) を定義。  
    
[case0] 0/4≦f (x) <1/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=0  
    
[case1] 1/4≦f (x) <2/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1/4  
    
[case2] 2/4≦f (x) <3/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1/2    
    
[case3] 3/4≦f (x) <4/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=3/4  
    
[case4] 4/4≦f (x) <5/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1  
    
[case5] 5/4≦f (x) <6/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=5/4  
    
[case6] 6/4≦f (x) <7/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=3/2  
    
[case7] 7/4≦f (x) <8/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=7/4  
    
[case8] 8/4≦f (x)     を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=2  
    厳密には、
1変数関数 y = f2 (x)は、以下の手順で定義される。 
    
[手順1] y軸の正の部分を、次の9区間F0, F1 , F2 ,…, F7 , F に分割する。
        
F0= [0, 1/4 ) = { y ∈R | 0≦y<1/4 } 
        
F1= [ 1/4 , 1/2 ) = { y ∈R | 1/4≦y<1/2 } 
        
F2= [ 1/2 , 3/4 ) = { y ∈R | 1/2≦y<3/4 } 
        
F3= [ 3/4 , 1 ) = { y ∈R | 3/4≦y<1 } 
        
F4= [ 1 , 5/4 ) = { y ∈R | 1≦y<5/4 } 
        
F5= [ 5/4 , 3/2 ) = { y ∈R | 5/4≦y<3/2 } 
        
F6= [ 3/2 , 7/4 ) = { y ∈R | 3/2≦y<7/4 } 
        
F7= [ 7/4 , 2 ) = { y ∈R | 7/4≦y<2 } 
        
F = [ 2, +∞ ) = { y ∈R | 2≦y } 
         
* f (x) が広義の実数値をとる(つまり、実数以外に+∞も値にとる)1変数関数である場合は、
           
F= [ 2, +∞ ] = { y ∈R | 2≦y } ∪ { +∞ } とおく。 
         
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)の値が、
        
F0に含まれるか、F1に含まれるか、 F2 に含まれるか、…、F7 に含まれるか、Fに含まれるか、
        に応じて、
        
x軸上の「y = f (x) の定義域」DをR上の点集合E0, E1 , E2 ,…, E7 , E に9分割する。
        すなわち、 
         
E0= f -1 ( F0) = { x∈D⊂R | f (x)∈F0 }= { x ∈D⊂R | 0≦f (x)<1/4 } 
            「
0≦f (x)<1/4 」を満たすxの集合をE0と定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F1 }= { x ∈D⊂R | 1/4 ≦f (x)<1/2 } 
            「
1/4 ≦f (x)<1/2 」を満たすxの集合をE1と定義。   
         
E2= f -1 ( F2 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F2 }= { x ∈D⊂R | 1/2 ≦f (x)<3/4 } 
            「
1/2 ≦f (x)<3/4 」を満たすxの集合をE2と定義。   
         
E3= f -1 ( F3 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F3 }= { x ∈D⊂R | 3/4 ≦f (x)<1} 
            「
3/4 ≦f (x)<1」を満たすxの集合をE3と定義。   
         
E4= f -1 ( F4 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F4 }= { x ∈D⊂R | 1≦f (x)<5/4 } 
            「
1≦f (x)<5/4 」を満たすxの集合をE4と定義。   
         
E5= f -1 ( F5 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F5 }= { x ∈D⊂R | 5/4 ≦f (x)<3/2 } 
            「
5/4 ≦f (x)<3/2 」を満たすxの集合をE5と定義。   
         
E6= f -1 ( F6 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F6 }= { x ∈D⊂R | 3/2 ≦f (x)<7/4 } 
            「
3/2 ≦f (x)<7/4 」を満たすxの集合をE6と定義。   
         
E7= f -1 ( F7 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F7 }= { x ∈D⊂R | 7/4 ≦f (x)<2 } 
            「
7/4 ≦f (x)<2 」を満たすxの集合をE7と定義。   
         
E= f -1 ( F ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F }= { x ∈D⊂R | 2≦f (x) } 
            「
2≦f (x) 」を満たすxの集合をEと定義。

         [図例]   
           
    
[手順3]上記のR上の点集合E0, E1 , E2 , E3 ,…, E7 , E の定義関数を用いて、次のように、f2を定義する。 
        
f2 (x) =0χE0(x)+(1/4)χE1 (x)+(1/2)χE2 (x)+(3/4)χE3 (x)+1χE4 (x)
                +(5/4)χE5 (x)+(3/2)χE6 (x)+(7/4)χE7 (x)+2χE (x) 
      このように定義された
f2は、
      
[case 0] x∈E0ならば、f2 (x)=0  
            つまり、 0/4≦f (x) <1/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=0  
      
[case 1] x∈E1ならば、f2 (x)=1/4  
            つまり、1/4≦f (x) <2/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1/4  
      
[case 2] x∈E2ならば、f2 (x)=1/2  
            つまり、2/4≦f (x) <3/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1/2    
      
[case 3] x∈E3ならば、f2 (x)=3/4   
            つまり、3/4≦f (x) <4/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=3/4  
      
[case 4] x∈E4ならば、f2 (x)=1   
            つまり、4/4≦f (x) <5/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=1  
      
[case 5] x∈E5ならば、f2 (x)=5/4    
            つまり、5/4≦f (x) <6/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=5/4  
      
[case 6] x∈E6ならば、f2 (x)=3/2   
            つまり、6/4≦f (x) <7/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=3/2  
      
[case 7] x∈E7ならば、f2 (x)=7/4   
            つまり、7/4≦f (x) <8/4 を満たすx∈Dに対して、f2 (x)=7/4 
      
[case 8] x∈Eならば、f2 (x)=2  
            つまり、「2≦f (x)」を満たすxに対しては、f2 (x)=2  
      という風に、値をとる。  
      
[図例]  
        
  →
f2の定義の冒頭に戻る 
  →
{fn}の定義の冒頭に戻る
  →
定理「非負有界1変数関数に一様収束する単関数列」に戻る
  →
定理「非負1変数関数に各点収束する単関数列」に戻る

 

Step3: 「y=f (x)の定義域D」上に、以下のとおり、xをf3 (x)に対応付ける1変数関数 y = f3 (x) を定義。  
      
[case 0]  0/8≦f (x) < 1/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=0  
      
[case 1]  1/8≦f (x) < 2/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=1/8  
      
[case 2]  2/8≦f (x) < 3/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=2/8=1/4 
      
[case 3]  3/8≦f (x) < 4/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=3/8  
      
[case 4]  4/8≦f (x) < 5/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=4/8=1/2 
      
[case 5]  5/8≦f (x) < 6/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=5/8  
      
[case 6]  6/8≦f (x) < 7/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=6/8=3/4  
      
[case 7]  7/8≦f (x) < 8/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=7/8  
      
[case 8]  8/8≦f (x) < 9/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=8/8=1  
      
[case 9]  9/8≦f (x) <10/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=9/8  
      
[case10] 10/8≦f (x) <11/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=10/8=1+1/4  
      
[case11] 11/8≦f (x) <12/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=11/8  
      
[case12] 12/8≦f (x) <13/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=12/8=1+1/2  
      
[case13] 13/8≦f (x) <14/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=13/8  
      
[case14] 14/8≦f (x) <15/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=14/8=1+3/4  
      
[case15] 15/8≦f (x) <16/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=15/8  
      
[case16] 16/8≦f (x) <17/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=16/8=2  
      
[case17] 17/8≦f (x) <18/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=17/8  
      
[case18] 18/8≦f (x) <19/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=18/8=2+1/4  
      
[case19] 19/8≦f (x) <20/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=19/8  
      
[case20] 20/8≦f (x) <21/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=20/8=2+1/2  
      
[case21] 21/8≦f (x) <22/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=21/8  
      
[case22] 22/8≦f (x) <23/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=22/8=2+3/4  
      
[case23] 23/8≦f (x) <24/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=23/8  
      
[case24] 24/8≦f (x)     を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=24/8=3  
    厳密には、
1変数関数 y = f3 (x)は、以下の手順で定義される。 
    
[手順1] y軸の正の部分を、次の25区間F0, F1 , F2 ,…, F23 , F に分割する。
        
F0= [0, 1/8 ) = { y ∈R | 0≦y<1/8 }    
        
F1= [ 1/8 , 1/4 ) = { y ∈R | 1/8≦y<1/4 }    
        
F2= [ 1/4 , 3/8 ) = { y ∈R | 1/4≦y<3/8 }    
        
F3= [ 3/8 , 1/2 ) = { y ∈R | 3/8≦y<1/2 }    
        
F4= [ 1/2 , 5/8 ) = { y ∈R | 1/2≦y<5/8 }    
        
F5= [ 5/8 , 3/4 ) = { y ∈R | 5/8≦y<3/4 }    
        
F6= [ 3/4 , 7/8 ) = { y ∈R | 3/4≦y<7/8 }    
        
F7= [ 7/8 , 1 ) = { y ∈R | 7/8≦y<1 }    
        
F8= [ 1 , 9/8 ) = { y ∈R | 1≦y<9/8 }    
        
F9= [ 9/8 , 5/4 ) = { y ∈R | 9/8≦y<5/4 }    
        
F10= [ 5/4 , 11/8 ) = { y ∈R | 5/4≦y<11/8 }    
        
F11= [ 11/8 , 3/2 ) = { y ∈R | 11/8≦y<3/2 }    
        
F12= [ 3/2 , 13/8 ) = { y ∈R | 3/2≦y<13/8 }    
        
F13= [ 13/8 , 7/4 ) = { y ∈R | 13/8≦y<7/4 }    
        
F14= [ 7/4 , 15/8 ) = { y ∈R | 7/4≦y<15/8 }    
        
F15= [ 15/8 , 2 ) = { y ∈R | 15/8≦y<2 }    
        
F16= [ 2 , 17/8 ) = { y ∈R | 2≦y<17/8 }    
        
F17= [ 17/8 , 9/4 ) = { y ∈R | 17/8≦y<9/4 }    
        
F18= [ 9/4 , 19/8 ) = { y ∈R | 9/4≦y<19/8 }    
        
F19= [ 19/8 , 5/2 ) = { y ∈R | 19/8≦y<5/2 }    
        
F20= [ 5/2 , 21/8 ) = { y ∈R | 5/2≦y<21/8 }    
        
F21= [ 21/8 , 11/4 ) = { y ∈R | 21/8≦y<11/4 }    
        
F22= [ 11/4 , 23/8 ) = { y ∈R | 11/4≦y<23/8 }    
        
F23= [ 23/8 , 3 ) = { y ∈R | 23/8≦y<3 }    
        
F = [ 3, +∞ ) = { y ∈R | 3≦y }   
         
* f (x) が広義の実数値をとる(つまり、実数以外に+∞も値にとる)1変数関数である場合は、
           
F= [ 3, +∞ ] = { y ∈R | 3≦y } ∪ { +∞ } とおく。 
         
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)の値が、
       
F0に含まれるか、F1に含まれるか、 F2 に含まれるか、…、F23 に含まれるか、Fに含まれるか、
       に応じて、
       
x軸上の「y = f (x) の定義域」DをR上の点集合E0, E1 , E2 ,…, E23 , E に分割する。
        すなわち、     
         
E0= f -1 ( F0) = { x∈D⊂R | f (x)∈F0 }= { x ∈D⊂R | 0≦f (x)<1/8 } 
            「
0≦f (x)<1/8」を満たすxの集合をE0と定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F1 }= { x ∈D⊂R | 1/8≦f (x)<1/4 } 
            「
1/8≦f (x)<1/4」を満たすxの集合をE1と定義。   
         
E2= f -1 ( F2 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F2 }= { x ∈D⊂R | 1/4≦f (x)<3/8 } 
            「
1/4≦f (x)<3/8」を満たすxの集合をE2と定義。   
         
E3= f -1 ( F3 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F3 }= { x ∈D⊂R | 3/8≦f (x)<1/2 } 
            「
3/8≦f (x)<1/2」を満たすxの集合をE3と定義。   
         
E4= f -1 ( F4 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F4 }= { x ∈D⊂R | 1/2≦f (x)<5/8 } 
            「
1/2≦f (x)<5/8」を満たすxの集合をE4と定義。   
         
E5= f -1 ( F5 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F5 }= { x ∈D⊂R | 5/8≦f (x)<3/4 } 
            「
5/8≦f (x)<3/4」を満たすxの集合をE5と定義。   
         
E6= f -1 ( F6 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F6 }= { x ∈D⊂R | 3/4≦f (x)<7/8 } 
            「
3/4≦f (x)<7/8」を満たすxの集合をE6と定義。   
         
E7= f -1 ( F7 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F7 }= { x ∈D⊂R | 7/8≦f (x)<1 } 
            「
7/8≦f (x)<1」を満たすxの集合をE7と定義。   
         
E8= f -1 ( F8 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F8 }= { x ∈D⊂R | 1≦f (x)<9/8 } 
            「
1≦f (x)<9/8」を満たすxの集合をE8と定義。   
         
E9= f -1 ( F9 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F9 }= { x ∈D⊂R | 9/8≦f (x)<5/4 } 
            「
9/8≦f (x)<5/4 」を満たすxの集合をE9と定義。   
         
E10= f -1 ( F10 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F10 }= { x ∈D⊂R | 5/4≦f (x)<11/8 } 
            「
5/4≦f (x)<11/8 」を満たすxの集合をE10と定義。   
         
E11= f -1 ( F11 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F11 }= { x ∈D⊂R | 11/8≦f (x)<3/2 } 
            「
11/8≦f (x)<3/2」を満たすxの集合をE11と定義。   
         
E12= f -1 ( F12 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F12 }= { x ∈D⊂R | 3/2≦f (x)<13/8 } 
            「
3/2≦f (x)<13/8 」を満たすxの集合をE12と定義。   
         
E13= f -1 ( F13 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F13 }= { x ∈D⊂R | 13/8≦f (x)<7/4 } 
            「
13/8≦f (x)<7/4 」を満たすxの集合をE13と定義。   
         
E14= f -1 ( F14 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F14 }= { x ∈D⊂R | 7/4≦f (x)<15/8 } 
            「
7/4≦f (x)<15/8」を満たすxの集合をE14と定義。   
         
E15= f -1 ( F15 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F15 }= { x ∈D⊂R | 15/8≦f (x)<2 } 
            「
15/8≦f (x)<2 」を満たすxの集合をE15と定義。   
         
E16= f -1 ( F16 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F16 }= { x ∈D⊂R | 2≦f (x)<17/8 } 
            「
2≦f (x)<17/8」を満たすxの集合をE16と定義。   
         
E17= f -1 ( F17 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F17 }= { x ∈D⊂R | 17/8≦f (x)<9/4 } 
            「
17/8≦f (x)<9/4 」を満たすxの集合をE17と定義。   
         
E18= f -1 ( F18 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F18 }= { x ∈D⊂R | 9/4≦f (x)<19/8 } 
            「
9/4≦f (x)<19/8」を満たすxの集合をE18と定義。   
         
E19= f -1 ( F19 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F19 }= { x ∈D⊂R | 19/8≦f (x)<5/2 } 
            「
19/8≦f (x)<5/2」を満たすxの集合をE19と定義。   
         
E20= f -1 ( F20 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F20 }= { x ∈D⊂R | 5/2≦f (x)<21/8 } 
            「
5/2≦f (x)<21/8」を満たすxの集合をE20と定義。   
         
E21= f -1 ( F21 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F21 }= { x ∈D⊂R | 21/8≦f (x)<11/4 } 
            「
21/8≦f (x)<11/4 」を満たすxの集合をE21と定義。   
         
E22= f -1 ( F22 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F22 }= { x ∈D⊂R | 11/4≦f (x)<23/8 } 
            「
11/4≦f (x)<23/8 」を満たすxの集合をE22と定義。   
         
E23= f -1 ( F23 ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F23 }= { x ∈D⊂R | 23/8≦f (x)<3 } 
            「
23/8≦f (x)<3」を満たすxの集合をE23と定義。   
         
E= f -1 ( F ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F }= { x ∈D⊂R | 3≦f (x) } 
            「
3≦f (x) 」を満たすxの集合をEと定義。 

      [図例] 
           

    [手順3]上記のR上の点集合E0, E1 , E2 ,…, E23 , E の定義関数を用いて、次のように、f3を定義する。 
        
f3 (x)=0χE0(x)+(1/8)χE1 (x)+(1/4)χE2 (x)+(3/8)χE3 (x)+(1/2)χE4 (x)
                +(5/8)χE5 (x)+(3/4)χE6 (x)+(7/8)χE7 (x)+χE8 (x) 
                
+(9/8)χE9 (x)+(5/4)χE10 (x)+(11/8)χE11 (x)+(3/2)χE12 (x) 
                
+(13/8)χE13 (x)+(7/4)χE14 (x)+(15/8)χE15 (x)+2χE16 (x) 
                
+(17/8)χE17 (x)+(9/4)χE18 (x)+(19/8)χE19 (x)+(5/2)χE20 (x) 
                
+(21/8)χE21 (x)+(11/4)χE22 (x)+(23/8)χE23 (x) 
                
+3χE (x) 
      このように定義された
f3は、次のように値をとる。

      [case 0] x∈E0ならば、f3 (x)=0  
            つまり、 0/8≦f (x) < 1/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=0  
      
[case 1] x∈E1ならば、f3 (x)=1/8  
            つまり、  1/8≦f (x) < 2/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=1/8  
      
[case 2] x∈E2ならば、f3 (x)=2/8=1/4  
            つまり、  2/8≦f (x) < 3/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=2/8=1/4 
      
[case 3] x∈E3ならば、f3 (x)=3/8   
            つまり、  3/8≦f (x) < 4/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=3/8  
      
[case 4] x∈E4ならば、f3 (x)=4/8=1/2   
            つまり、  4/8≦f (x) < 5/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=4/8=1/2 
      
[case 5] x∈E5ならば、f3 (x)=5/8    
            つまり、  5/8≦f (x) < 6/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=5/8  
      
[case 6] x∈E6ならば、f3 (x)=6/8=3/4   
            つまり、  6/8≦f (x) < 7/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=6/8=3/4  
      
[case 7] x∈E7ならば、f3 (x)=7/8   
            つまり、  7/8≦f (x) < 8/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=7/8  
      
[case 8] x∈E8ならば、f3 (x)=8/8=1   
            つまり、  8/8≦f (x) < 9/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=8/8=1  
      
[case 9] x∈E9ならば、f3 (x)=9/8    
            つまり、  9/8≦f (x) <10/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=9/8  
      
[case10] x∈E10ならば、f3 (x)=10/8=1+1/4   
            つまり、 10/8≦f (x) <11/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=10/8=1+1/4  
      
[case11] x∈E11ならば、f3 (x)=11/8   
            つまり、 11/8≦f (x) <12/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=11/8  
      
[case12] x∈E12ならば、f3 (x)=12/8=1+1/2    
            つまり、 12/8≦f (x) <13/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=12/8=1+1/2  
      
[case13] x∈E13ならば、f3 (x)=13/8    
            つまり、 13/8≦f (x) <14/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=13/8  
      
[case14] x∈E14ならば、f3 (x)=14/8=1+3/4   
            つまり、 14/8≦f (x) <15/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=14/8=1+3/4  
      
[case15] x∈E15ならば、f3 (x)=15/8   
            つまり、 15/8≦f (x) <16/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=15/8  
      
[case16] x∈E16ならば、f3 (x)=16/8=2   
            つまり、 16/8≦f (x) <17/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=16/8=2  
      
[case17] x∈E17ならば、f3 (x)=17/8   
            つまり、 17/8≦f (x) <18/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=17/8  
      
[case18] x∈E18ならば、f3 (x)=18/8=2+1/4   
            つまり、 18/8≦f (x) <19/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=18/8=2+1/4  
      
[case19] x∈E19ならば、f3 (x)=19/8   
            つまり、 19/8≦f (x) <20/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=19/8  
      
[case20] x∈E20ならば、f3 (x)=20/8=2+1/2  
            つまり、 20/8≦f (x) <21/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=20/8=2+1/2  
      
[case21] x∈E21ならば、f3 (x)=21/8  
            つまり、 21/8≦f (x) <22/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=21/8  
      
[case22] x∈E22ならば、f3 (x)=22/8=2+3/4   
            つまり、 22/8≦f (x) <23/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=22/8=2+3/4  
      
[case23] x∈E23ならば、f3 (x)=23/8  
            つまり、 23/8≦f (x) <24/8 を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=23/8  
      
[case24] x∈Eならば、f3 (x)=24/8=3   
            つまり、 3=24/8≦f (x) を満たすx∈Dに対して、f3 (x)=24/8=3  

      [図例]   
        

  → f3の定義の冒頭に戻る 
  →
{fn}の定義の冒頭に戻る
  →
定理「非負有界1変数関数に一様収束する単関数列」に戻る
  →
定理「非負1変数関数に各点収束する単関数列」に戻る

 

:
Step-n: fn を定義  
「
y=f (x)の定義域D」上に、以下のとおり、xをfn (x)に対応付ける1変数関数 y = fn (x) を定義。  

 [case 0]    0/2n≦f (x) < 1/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x) =0  
 
[case 1]    1/2n≦f (x) < 2/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x) =1/2n  
 
[case 2]    2/2n≦f (x) < 3/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x) =2/2n 
   : 
 
[case (n−1)2n−2 ] ((n−1)2n−2)/2n=n−1−2/2n≦f (x)<n−1−1/2n=((n−1)2n−1)/2nを満たすx∈Dに対して、
                                
fn (x) =((n−1)2n−2)/2n=n−1−2/2n 
 
[case (n−1)2n−1 ] ((n−1)2n−1)/2n=n−1−1/2n≦f (x)<n−1= (n−1)2n/2nを満たすx∈Dに対して、
                                
fn (x) =((n−1)2n−1)/2n=n−1−1/2n 
 
[case (n−1)2n ]   (n−1)2n/2n=n−1≦f (x)<n−1+1/2n=((n−1)2n+1)/2nを満たすx∈Dに対して、
                                
fn (x) =(n−1)2n/2n=n−1 
 
[case (n−1)2n+1]  n−1+1/2n≦f (x) <n−1+2/2n を満たすx∈Dに対して、   
                                
fn (x) =((n−1)2n+1)/2n=n−1+1/2n 
 
[case (n−1)2n+2]  n−1+2/2n≦f (x) <n−1+3/2n を満たすx∈Dに対して、   
                                
fn (x) =((n−1)2n+2)/2n=n−1+2/2n 
     : 
 
[case n2n−1 ] (n2n−1)/2n=n−1/2n≦f (x) <(n2n)/2n=n を満たすx∈Dに対して、
              
fn (x) =(n2n−1)/2n=n−1/2n 
 
[case n2n ]    (n2n)/2n=n≦f (x)  を満たすx∈Dに対して、fn (x) =n 

 
 厳密には、
1変数関数 y = fn (x)は、以下の手順で定義される。 
   
[手順1] y軸の正の部分を、
        次の
(n2n+1)個の区間F(n,0), F(n,1) , F(n,2), F(n,3) ,…, F(n,n2n−1) , F に分割する。
        区間
F(n,0)= [0, 1/2n ) = { y ∈R | 0≦y<1/2n }    
        区間
F(n,1)= [ 1/2n , 2/2n ) = { y ∈R | 1/2n≦y<2/2n }    
        区間
F(n,2)= [ 2/2n , 3/2n ) = { y ∈R | 2/2n≦y<3/2n }    
         :  
        区間
F(n,n2n−1) = [ (n2n−1)/2n, (n2n)/2n ) = [ n−1/2n, n ) = { y ∈R | n−1/2n≦y<n }    
        区間
F(n)= [ n, +∞ ) = { y ∈R | n≦y } 
         
* f (x) が広義の実数値をとる(つまり、実数以外に+∞も値にとる)1変数関数である場合は、
           
F= [ n, +∞ ] = { y ∈R | n≦y } ∪ { +∞ } とおく。 
   
[手順2]  f (x)の値が、
          ・区間
F(n,0)に含まれるか、
          ・区間
F(n,1) に含まれるか、
          ・区間
F(n,2)に含まれるか、
            : 
          ・区間
F(n,n2n−1) に含まれるか、
          ・
Fに含まれるか、
         に応じて、
         
x軸上の「y = f (x) の定義域」Dを
          
(n2n+1)個の「R上の点集合」E(n,0), E(n,1) , E(n,2), E(n,3) ,…, E(n,n2n−1) , E(n)
         に分割する。
        すなわち、     
         
R上の点集合E(n,0)= f -1 ( F(n,0)) = { x∈D⊂R | f (x)∈F(n,0) }
                   = { x ∈D⊂R | 0≦f (x)<1/2n } 
            「
0≦f (x)<1/2n 」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をE(n,0)と定義。   
         
R上の点集合E(n,1)= f -1 ( F(n,1) ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F(n,1)}
                   = { x ∈D⊂R | 1/2n ≦f (x)<2/2n } 
            「
1/2n ≦f (x)<2/2n 」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をE(n,1)と定義。   
         
R上の点集合E(n,2)= f -1 ( F(n,2) ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F(n,2) }
                   = { x ∈D⊂R | 2/2n ≦f (x)<3/2n } 
            「
2/2n≦f (x)<3/2n 」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をE(n,2)と定義。 
         :
         
R上の点集合E(n,n2n−1)= f -1 ( F(n,n2n−1) ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F(n,n2n−1) }
                     = { x ∈D⊂R | n−1/2n≦f (x)<n} 
            「
n−1/2n≦f (x)<n」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をE2と定義。  
         R上の点集合E(n)= f -1 ( F(n) ) = { x∈D⊂R | f (x)∈F(n) }= { x ∈D⊂R | n≦f (x) } 
            「
n≦f (x) 」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をEと定義。  

   [手順3]
   上記のR上の点集合E(n,0), E(n,1) , E(n,2), …, E(n,n2n−1) , E(n) の定義関数を用いて、
   次のように、
fnを定義する。 
        
fn(x)=0χE(n,0)(x)+(1/2n)χE(n,1) (x)+(2/2n )χE(n,2) (x)+(3/2n )χE(n,3) (x)+…
                
                
+nχE(n) (x) 
   このように定義された
fnは、次のように値をとる。

      [case 0] x∈E(n,0)ならば、fn (x)=0  
            つまり、 0≦f (x) < 1/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x)=0  
      
[case 1] x∈E(n,1)ならば、fn (x)=1/2n  
            つまり、  1/2n≦f (x) < 2/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x)=1/2n  
      
[case 2] x∈E(n,2)ならば、fn (x)=2/2n  
            つまり、  2/2n≦f (x) <3/2n を満たすx∈Dに対して、fn (x)=2/2n 
       : 
      
[case (n−1)2n−1 ] x∈E (n, (n−1)2n−1 ) ならば、fn (x)=((n−1)2n−1)/2n  
          つまり、
           
((n−1)2n−1)/2n=n−1−1/2n≦f (x)<n−1= (n−1)2n/2nを満たすx∈Dに対して、
                                
fn (x)=((n−1)2n−1)/2n=n−1−1/2n 
      
[case (n−1)2n ] x∈E (n, (n−1)2n ) ならば、fn (x)= (n−1)2n/2n  
          つまり、
           
(n−1)2n/2n=n−1≦f (x)<n−1+1/2n=((n−1)2n+1)/2nを満たすx∈Dに対して、
                                
fn (x)=(n−1)2n/2n=n−1 
      
[case (n−1)2n+1] x∈E (n, (n−1)2n+1 ) ならば、fn (x)= ((n−1)2n+1)/2n   
          つまり、
           
n−1+1/2n≦f (x) <n−1+2/2n を満たすx∈Dに対して、   
                                
fn (x)=((n−1)2n+1)/2n=n−1+1/2n 
       : 
      
[case(n2n−1)] x∈E(n,n2n−1)ならば、fn (x)=(n2n−1)/2n=n−1/2n 
            つまり、
n−1/2n≦f (x) <n を満たすx∈Dに対して、fn (x)=n−1/2n 
      
[case(n2n)]  x∈E(n)ならば、fn (x)=n   
            つまり、 n≦f (x) を満たすx∈Dに対して、fn (x)=n  

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{fn}の定義の冒頭に戻る
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