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。
 →
Step1f1の定義  
 →
Step1-2f2の定義  
 →
Step1-3f3の定義  
    
 
 →
Step1-nfn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

Step1y = f (x) 定義域D」上に、 
       
[case] 「0≦f (x)1/2」を満たすxDに対して、f1 (x)=0、 
       
[case] 「1/2f (x)1」を満たすxDに対して、f1 (x)1/2、 
       
[case] 「1f (x)」を満たすxD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F, F1 , F に分割する。
        
F= [, 1/2 ) = { y R | 0≦y1/2 }    
        
F1= [ 1/2 , 1 ) = { y R | 1/2y1 }    
        
F = [ 1, + ) = { y R | 1y }  
         
* f (x) 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 | 1y } { + } とおく。 
       
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)が、F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) 定義域DR上の点集合E, E1 , E3分割する。
        すなわち、     
         
E= f -1 ( F) = { xDR | f (x)F } { x DR | 0f (x)1/2} 
            「
0f (x)1/2」を満たすxの集合をEと定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { xDR | f (x)F1 } { x DR | 1/2f (x)1} 
            「
1/2f (x)1 」を満たすxの集合をE1と定義。   
         
E= f -1 ( F ) = { xDR | f (x)F } { x DR | 1f (x) } 
            「
1f (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E, E1 , Eの定義関数を用いて、次のように、f1を定義する。 
        
f1(x)=0χE(x)+(1/2)χE1 (x)+1χE (x) 
      このように定義された
f1は、
       
xE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  
       xE1ならば、f1(x)1/2  
            つまり、「1/2f (x)1」を満たすxに対しては、f1(x)1/2  
       xEならば、f1(x)1  
            つまり、「1f (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)定義域D」上に、以下のとおり、xf2 (x)に対応付ける1変数関数 y = f2 (x) を定義。  
    
[case] 0/4f (x) 1/4 を満たすxDに対して、f2 (x)=0  
    
[case] 1/4f (x) 2/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1/4  
    
[case] 2/4f (x) 3/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1/2    
    
[case] 3/4f (x) 4/4 を満たすxDに対して、f2 (x)3/4  
    
[case] 4/4f (x) 5/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1  
    
[case] 5/4f (x) 6/4 を満たすxDに対して、f2 (x)5/4  
    
[case] 6/4f (x) 7/4 を満たすxDに対して、f2 (x)3/2  
    
[case] 7/4f (x) 8/4 を満たすxDに対して、f2 (x)7/4  
    
[case] 8/4f (x)     を満たすxD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F, F1 , F2 ,, F7 , F に分割する。
        
F= [, 1/4 ) = { y R | 0≦y1/4 } 
        
F= [ 1/4 , 1/2 ) = { y R | 1/4y1/2 } 
        
F2= [ 1/2 , 3/4 ) = { y R | 1/2y3/4 } 
        
F3= [ 3/4 , 1 ) = { y R | 3/4y1 } 
        
F4= [ 1 , 5/4 ) = { y R | 1y5/4 } 
        
F5= [ 5/4 , 3/2 ) = { y R | 5/4y3/2 } 
        
F6= [ 3/2 , 7/4 ) = { y R | 3/2y7/4 } 
        
F7= [ 7/4 , 2 ) = { y R | 7/4y2 } 
        
F = [ 2, + ) = { y R | 2y } 
         
* f (x) 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 | 2y } { + } とおく。 
         
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)が、
        
F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) 定義域DR上の点集合E, E1 , E2 ,, E7 , E 9分割する。
        すなわち、 
         
E= f -1 ( F) = { xDR | f (x)F } { x DR | 0f (x)1/4 } 
            「
0f (x)1/4 」を満たすxの集合をEと定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { xDR | f (x)F1 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F2 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F3 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F4 } { x DR | 1f (x)5/4 } 
            「
1f (x)5/4 」を満たすxの集合をE4と定義。   
         
E5= f -1 ( F5 ) = { xDR | f (x)F5 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F6 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F7 } { x DR | 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 ) = { xDR | f (x)F } { x DR | 2f (x) } 
            「
2f (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E, 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) =0χE(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] xEならば、f2 (x)=0  
            つまり、 0/4f (x) 1/4 を満たすxDに対して、f2 (x)=0  
      
[case 1] xE1ならば、f2 (x)1/4  
            つまり、1/4f (x) 2/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1/4  
      
[case 2] xE2ならば、f2 (x)1/2  
            つまり、2/4f (x) 3/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1/2    
      
[case 3] xE3ならば、f2 (x)3/4   
            つまり、3/4f (x) 4/4 を満たすxDに対して、f2 (x)3/4  
      
[case 4] xE4ならば、f2 (x)1   
            つまり、4/4f (x) 5/4 を満たすxDに対して、f2 (x)1  
      
[case 5] xE5ならば、f2 (x)5/4    
            つまり、5/4f (x) 6/4 を満たすxDに対して、f2 (x)5/4  
      
[case 6] xE6ならば、f2 (x)3/2   
            つまり、6/4f (x) 7/4 を満たすxDに対して、f2 (x)3/2  
      
[case 7] xE7ならば、f2 (x)7/4   
            つまり、7/4f (x) 8/4 を満たすxDに対して、f2 (x)7/4 
      
[case 8] xEならば、f2 (x)2  
            つまり、「2f (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)定義域D」上に、以下のとおり、xf3 (x)に対応付ける1変数関数 y = f3 (x) を定義。  
      
[case 0]  0/8f (x) 1/8 を満たすxDに対して、f3 (x)=0  
      
[case 1]  1/8f (x) 2/8 を満たすxDに対して、f3 (x)1/8  
      
[case 2]  2/8f (x) 3/8 を満たすxDに対して、f3 (x)2/8=1/4 
      
[case 3]  3/8f (x) 4/8 を満たすxDに対して、f3 (x)3/8  
      
[case 4]  4/8f (x) 5/8 を満たすxDに対して、f3 (x)4/8=1/2 
      
[case 5]  5/8f (x) 6/8 を満たすxDに対して、f3 (x)5/8  
      
[case 6]  6/8f (x) 7/8 を満たすxDに対して、f3 (x)6/8=3/4  
      
[case 7]  7/8f (x) 8/8 を満たすxDに対して、f3 (x)7/8  
      
[case 8]  8/8f (x) 9/8 を満たすxDに対して、f3 (x)8/8=1  
      
[case 9]  9/8f (x) 10/8 を満たすxDに対して、f3 (x)9/8  
      
[case10] 10/8f (x) 11/8 を満たすxDに対して、f3 (x)10/8=1+1/4  
      
[case11] 11/8f (x) 12/8 を満たすxDに対して、f3 (x)11/8  
      
[case12] 12/8f (x) 13/8 を満たすxDに対して、f3 (x)12/8=1+1/2  
      
[case13] 13/8f (x) 14/8 を満たすxDに対して、f3 (x)13/8  
      
[case14] 14/8f (x) 15/8 を満たすxDに対して、f3 (x)14/8=1+3/4  
      
[case15] 15/8f (x) 16/8 を満たすxDに対して、f3 (x)15/8  
      
[case16] 16/8f (x) 17/8 を満たすxDに対して、f3 (x)16/8=2  
      
[case17] 17/8f (x) 18/8 を満たすxDに対して、f3 (x)17/8  
      
[case18] 18/8f (x) 19/8 を満たすxDに対して、f3 (x)18/8=2+1/4  
      
[case19] 19/8f (x) 20/8 を満たすxDに対して、f3 (x)19/8  
      
[case20] 20/8f (x) 21/8 を満たすxDに対して、f3 (x)20/8=2+1/2  
      
[case21] 21/8f (x) 22/8 を満たすxDに対して、f3 (x)21/8  
      
[case22] 22/8f (x) 23/8 を満たすxDに対して、f3 (x)22/8=2+3/4  
      
[case23] 23/8f (x) 24/8 を満たすxDに対して、f3 (x)23/8  
      
[case24] 24/8f (x)     を満たすxD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F, F1 , F2 ,, F23 , F に分割する。
        
F= [, 1/8 ) = { y R | 0≦y1/8 }    
        
F= [ 1/8 , 1/4 ) = { y R | 1/8y1/4 }    
        
F2= [ 1/4 , 3/8 ) = { y R | 1/4y3/8 }    
        
F3= [ 3/8 , 1/2 ) = { y R | 3/8y1/2 }    
        
F4= [ 1/2 , 5/8 ) = { y R | 1/2y5/8 }    
        
F5= [ 5/8 , 3/4 ) = { y R | 5/8y3/4 }    
        
F6= [ 3/4 , 7/8 ) = { y R | 3/4y7/8 }    
        
F7= [ 7/8 , 1 ) = { y R | 7/8y1 }    
        
F8= [ 1 , 9/8 ) = { y R | 1y9/8 }    
        
F9= [ 9/8 , 5/4 ) = { y R | 9/8y5/4 }    
        
F10= [ 5/4 , 11/8 ) = { y R | 5/4y11/8 }    
        
F11= [ 11/8 , 3/2 ) = { y R | 11/8y3/2 }    
        
F12= [ 3/2 , 13/8 ) = { y R | 3/2y13/8 }    
        
F13= [ 13/8 , 7/4 ) = { y R | 13/8y7/4 }    
        
F14= [ 7/4 , 15/8 ) = { y R | 7/4y15/8 }    
        
F15= [ 15/8 , 2 ) = { y R | 15/8y2 }    
        
F16= [ 2 , 17/8 ) = { y R | 2y17/8 }    
        
F17= [ 17/8 , 9/4 ) = { y R | 17/8y9/4 }    
        
F18= [ 9/4 , 19/8 ) = { y R | 9/4y19/8 }    
        
F19= [ 19/8 , 5/2 ) = { y R | 19/8y5/2 }    
        
F20= [ 5/2 , 21/8 ) = { y R | 5/2y21/8 }    
        
F21= [ 21/8 , 11/4 ) = { y R | 21/8y11/4 }    
        
F22= [ 11/4 , 23/8 ) = { y R | 11/4y23/8 }    
        
F23= [ 23/8 , 3 ) = { y R | 23/8y3 }    
        
F = [ 3, + ) = { y R | 3y }   
         
* f (x) 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 | 3y } { + } とおく。 
         
[図例]   
           
    
[手順2] f (x)の値が、
       
F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) 定義域DR上の点集合E, E1 , E2 ,, E23 , E に分割する。
        すなわち、     
         
E= f -1 ( F) = { xDR | f (x)F } { x DR | 0f (x)1/8 } 
            「
0f (x)1/8」を満たすxの集合をEと定義。   
         
E1= f -1 ( F1 ) = { xDR | f (x)F1 } { x DR | 1/8f (x)1/4 } 
            「
1/8f (x)1/4」を満たすxの集合をE1と定義。   
         
E2= f -1 ( F2 ) = { xDR | f (x)F2 } { x DR | 1/4f (x)3/8 } 
            「
1/4f (x)3/8」を満たすxの集合をE2と定義。   
         
E3= f -1 ( F3 ) = { xDR | f (x)F3 } { x DR | 3/8f (x)1/2 } 
            「
3/8f (x)1/2」を満たすxの集合をE3と定義。   
         
E4= f -1 ( F4 ) = { xDR | f (x)F4 } { x DR | 1/2f (x)5/8 } 
            「
1/2f (x)5/8」を満たすxの集合をE4と定義。   
         
E5= f -1 ( F5 ) = { xDR | f (x)F5 } { x DR | 5/8f (x)3/4 } 
            「
5/8f (x)3/4」を満たすxの集合をE5と定義。   
         
E6= f -1 ( F6 ) = { xDR | f (x)F6 } { x DR | 3/4f (x)7/8 } 
            「
3/4f (x)7/8」を満たすxの集合をE6と定義。   
         
E7= f -1 ( F7 ) = { xDR | f (x)F7 } { x DR | 7/8f (x)1 } 
            「
7/8f (x)1」を満たすxの集合をE7と定義。   
         
E8= f -1 ( F8 ) = { xDR | f (x)F8 } { x DR | 1f (x)9/8 } 
            「
1f (x)9/8」を満たすxの集合をE8と定義。   
         
E9= f -1 ( F9 ) = { xDR | f (x)F9 } { x DR | 9/8f (x)5/4 } 
            「
9/8f (x)5/4 」を満たすxの集合をE9と定義。   
         
E10= f -1 ( F10 ) = { xDR | f (x)F10 } { x DR | 5/4f (x)11/8 } 
            「
5/4f (x)11/8 」を満たすxの集合をE10と定義。   
         
E11= f -1 ( F11 ) = { xDR | f (x)F11 } { x DR | 11/8f (x)3/2 } 
            「
11/8f (x)3/2」を満たすxの集合をE11と定義。   
         
E12= f -1 ( F12 ) = { xDR | f (x)F12 } { x DR | 3/2f (x)13/8 } 
            「
3/2f (x)13/8 」を満たすxの集合をE12と定義。   
         
E13= f -1 ( F13 ) = { xDR | f (x)F13 } { x DR | 13/8f (x)7/4 } 
            「
13/8f (x)7/4 」を満たすxの集合をE13と定義。   
         
E14= f -1 ( F14 ) = { xDR | f (x)F14 } { x DR | 7/4f (x)15/8 } 
            「
7/4f (x)15/8」を満たすxの集合をE14と定義。   
         
E15= f -1 ( F15 ) = { xDR | f (x)F15 } { x DR | 15/8f (x)2 } 
            「
15/8f (x)2 」を満たすxの集合をE15と定義。   
         
E16= f -1 ( F16 ) = { xDR | f (x)F16 } { x DR | 2f (x)17/8 } 
            「
2f (x)17/8」を満たすxの集合をE16と定義。   
         
E17= f -1 ( F17 ) = { xDR | f (x)F17 } { x DR | 17/8f (x)9/4 } 
            「
17/8f (x)9/4 」を満たすxの集合をE17と定義。   
         
E18= f -1 ( F18 ) = { xDR | f (x)F18 } { x DR | 9/4f (x)19/8 } 
            「
9/4f (x)19/8」を満たすxの集合をE18と定義。   
         
E19= f -1 ( F19 ) = { xDR | f (x)F19 } { x DR | 19/8f (x)5/2 } 
            「
19/8f (x)5/2」を満たすxの集合をE19と定義。   
         
E20= f -1 ( F20 ) = { xDR | f (x)F20 } { x DR | 5/2f (x)21/8 } 
            「
5/2f (x)21/8」を満たすxの集合をE20と定義。   
         
E21= f -1 ( F21 ) = { xDR | f (x)F21 } { x DR | 21/8f (x)11/4 } 
            「
21/8f (x)11/4 」を満たすxの集合をE21と定義。   
         
E22= f -1 ( F22 ) = { xDR | f (x)F22 } { x DR | 11/4f (x)23/8 } 
            「
11/4f (x)23/8 」を満たすxの集合をE22と定義。   
         
E23= f -1 ( F23 ) = { xDR | f (x)F23 } { x DR | 23/8f (x)3 } 
            「
23/8f (x)3」を満たすxの集合をE23と定義。   
         
E= f -1 ( F ) = { xDR | f (x)F } { x DR | 3f (x) } 
            「
3f (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E, 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)=0χE(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] xEならば、f3 (x)=0  
            つまり、 0/8f (x) 1/8 を満たすxDに対して、f3 (x)=0  
      
[case 1] xE1ならば、f3 (x)1/8  
            つまり、  1/8f (x) 2/8 を満たすxDに対して、f3 (x)1/8  
      
[case 2] xE2ならば、f3 (x)2/8=1/4  
            つまり、  2/8f (x) 3/8 を満たすxDに対して、f3 (x)2/8=1/4 
      
[case 3] xE3ならば、f3 (x)3/8   
            つまり、  3/8f (x) 4/8 を満たすxDに対して、f3 (x)3/8  
      
[case 4] xE4ならば、f3 (x)4/8=1/2   
            つまり、  4/8f (x) 5/8 を満たすxDに対して、f3 (x)4/8=1/2 
      
[case 5] xE5ならば、f3 (x)5/8    
            つまり、  5/8f (x) 6/8 を満たすxDに対して、f3 (x)5/8  
      
[case 6] xE6ならば、f3 (x)6/8=3/4   
            つまり、  6/8f (x) 7/8 を満たすxDに対して、f3 (x)6/8=3/4  
      
[case 7] xE7ならば、f3 (x)7/8   
            つまり、  7/8f (x) 8/8 を満たすxDに対して、f3 (x)7/8  
      
[case 8] xE8ならば、f3 (x)8/8=1   
            つまり、  8/8f (x) 9/8 を満たすxDに対して、f3 (x)8/8=1  
      
[case 9] xE9ならば、f3 (x)9/8    
            つまり、  9/8f (x) 10/8 を満たすxDに対して、f3 (x)9/8  
      
[case10] xE10ならば、f3 (x)10/8=1+1/4   
            つまり、 10/8f (x) 11/8 を満たすxDに対して、f3 (x)10/8=1+1/4  
      
[case11] xE11ならば、f3 (x)11/8   
            つまり、 11/8f (x) 12/8 を満たすxDに対して、f3 (x)11/8  
      
[case12] xE12ならば、f3 (x)12/8=1+1/2    
            つまり、 12/8f (x) 13/8 を満たすxDに対して、f3 (x)12/8=1+1/2  
      
[case13] xE13ならば、f3 (x)13/8    
            つまり、 13/8f (x) 14/8 を満たすxDに対して、f3 (x)13/8  
      
[case14] xE14ならば、f3 (x)14/8=1+3/4   
            つまり、 14/8f (x) 15/8 を満たすxDに対して、f3 (x)14/8=1+3/4  
      
[case15] xE15ならば、f3 (x)15/8   
            つまり、 15/8f (x) 16/8 を満たすxDに対して、f3 (x)15/8  
      
[case16] xE16ならば、f3 (x)16/8=2   
            つまり、 16/8f (x) 17/8 を満たすxDに対して、f3 (x)16/8=2  
      
[case17] xE17ならば、f3 (x)17/8   
            つまり、 17/8f (x) 18/8 を満たすxDに対して、f3 (x)17/8  
      
[case18] xE18ならば、f3 (x)18/8=2+1/4   
            つまり、 18/8f (x) 19/8 を満たすxDに対して、f3 (x)18/8=2+1/4  
      
[case19] xE19ならば、f3 (x)19/8   
            つまり、 19/8f (x) 20/8 を満たすxDに対して、f3 (x)19/8  
      
[case20] xE20ならば、f3 (x)20/8=2+1/2  
            つまり、 20/8f (x) 21/8 を満たすxDに対して、f3 (x)20/8=2+1/2  
      
[case21] xE21ならば、f3 (x)21/8  
            つまり、 21/8f (x) 22/8 を満たすxDに対して、f3 (x)21/8  
      
[case22] xE22ならば、f3 (x)22/8=2+3/4   
            つまり、 22/8f (x) 23/8 を満たすxDに対して、f3 (x)22/8=2+3/4  
      
[case23] xE23ならば、f3 (x)23/8  
            つまり、 23/8f (x) 24/8 を満たすxDに対して、f3 (x)23/8  
      
[case24] xEならば、f3 (x)24/8=3   
            つまり、 324/8f (x) を満たすxD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)定義域D」上に、以下のとおり、xfn (x)に対応付ける1変数関数 y = fn (x) を定義。  

 [case ]    0/2nf (x) 1/2n を満たすxDに対して、fn (x) =0  
 
[case ]    1/2nf (x) 2/2n を満たすxDに対して、fn (x) =1/2n  
 
[case ]    2/2nf (x) 3/2n を満たすxDに対して、fn (x) =2/2n 
   : 
 
[case (n1)2n2 ] ((n1)2n2)/2n=n12/2nf (x)n11/2n=((n1)2n1)/2nを満たすxDに対して、
                                
fn (x) =((n1)2n2)/2n=n12/2n 
 
[case (n1)2n1 ] ((n1)2n1)/2n=n11/2nf (x)n1= (n1)2n/2nを満たすxDに対して、
                                
fn (x) =((n1)2n1)/2n=n11/2n 
 
[case (n1)2n ]   (n1)2n/2n=n1f (x)n11/2n=((n1)2n+1)/2nを満たすxDに対して、
                                
fn (x) =(n1)2n/2n=n1 
 
[case (n1)2n1]  n11/2nf (x) n12/2n を満たすxDに対して、   
                                
fn (x) =((n1)2n+1)/2n=n11/2n 
 
[case (n1)2n2]  n12/2nf (x) n13/2n を満たすxDに対して、   
                                
fn (x) =((n1)2n+2)/2n=n12/2n 
     : 
 
[case n2n1 ] (n2n1)/2nn1/2nf (x) (n2n)/2n=n を満たすxDに対して、
              
fn (x) =(n2n1)/2nn1/2n 
 
[case n2n ]    (n2n)/2n=nf (x)  を満たすxD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
(n2n1)個の区間F(n,), F(n,1) , F(n,2), F(n,3) ,, F(n,n2n1) , F に分割する。
        区間
F(n,)= [, 1/2n ) = { y R | 0≦y1/2n }    
        区間
F(n,1)= [ 1/2n , 2/2n ) = { y R | 1/2ny2/2n }    
        区間
F(n,2)= [ 2/2n , 3/2n ) = { y R | 2/2ny3/2n }    
         :  
        区間
F(n,n2n1) = [ (n2n1)/2n, (n2n)/2n ) = [ n1/2n, n ) = { y R | n1/2nyn }    
        区間
F(n)= [ n, + ) = { y R | ny } 
         
* f (x) 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 | ny } { + } とおく。 
   
[手順2]  f (x)の値が、
          ・区間
F(n,)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,n2n1) に含まれるか、
          ・
Fに含まれるか、
         に応じて、
         
x軸上の「y = f (x) 定義域D
          
(n2n1)個の「R上の点集合E(n,), E(n,1) , E(n,2), E(n,3) ,, E(n,n2n1) , E(n)
         に分割する。
        すなわち、     
         
R上の点集合E(n,)= f -1 ( F(n,)) = { xDR | f (x)F(n,) }
                   = { x DR | 0f (x)1/2n } 
            「
0f (x)1/2n 」を満たし「Dに含まれる実数x」の集合をE(n,)と定義。   
         
R上の点集合E(n,1)= f -1 ( F(n,1) ) = { xDR | f (x)F(n,1)}
                   = { x DR | 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) ) = { xDR | f (x)F(n,2) }
                   = { x DR | 2/2n f (x)3/2n } 
            「
2/2nf (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,n2n1)= f -1 ( F(n,n2n1) ) = { xDR | f (x)F(n,n2n1) }
                     = { x DR | n1/2nf (x)n} 
            「
n1/2nf (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) ) = { xDR | f (x)F(n) } { x DR | nf (x) } 
            「
nf (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,), E(n,1) , E(n,2), , E(n,n2n1) , 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] xE(n,)ならば、fn (x)=0  
            つまり、 0f (x) 1/2n を満たすxDに対して、fn (x)=0  
      
[case 1] xE(n,1)ならば、fn (x)1/2n  
            つまり、  1/2nf (x) 2/2n を満たすxDに対して、fn (x)1/2n  
      
[case 2] xE(n,2)ならば、fn (x)2/2n  
            つまり、  2/2nf (x) 3/2n を満たすxDに対して、fn (x)2/2n 
       : 
      
[case (n1)2n1 ] xE (n, (n1)2n1 ) ならば、fn (x)((n1)2n1)/2n  
          つまり、
           
((n1)2n1)/2n=n11/2nf (x)n1= (n1)2n/2nを満たすxDに対して、
                                
fn (x)((n1)2n1)/2n=n11/2n 
      
[case (n1)2n ] xE (n, (n1)2n ) ならば、fn (x) (n1)2n/2n  
          つまり、
           
(n1)2n/2n=n1f (x)n11/2n=((n1)2n+1)/2nを満たすxDに対して、
                                
fn (x)(n1)2n/2n=n1 
      
[case (n1)2n1] xE (n, (n1)2n1 ) ならば、fn (x) ((n1)2n+1)/2n   
          つまり、
           
n11/2nf (x) n12/2n を満たすxDに対して、   
                                
fn (x)((n1)2n+1)/2n=n11/2n 
       : 
      
[case(n2n1)] xE(n,n2n1)ならば、fn (x)(n2n1)/2nn1/2n 
            つまり、
n1/2nf (x) n を満たすxDに対して、fn (x)n1/2n 
      
[case(n2n)]  xE(n)ならば、fn (x)n   
            つまり、 nf (x) を満たすxDに対して、fn (x)n  

  → fn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
  →
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