f:[0,1]×[0,1]→Rをは無理数は有理数、は無理数は既約分数で、と表され、は有理数f(x,y)={1(x は無理数)1(x は有理数、y は無理数)1−1q(x は既約分数で、 x=pq と表され、y は有理数)で定義する。Fubiniの定理に関するRemark 4に、fは積分可能であり、∫[0,1]×[0,1]f=1であると書いてある。これを証明する。
Problem 3-7 のxとyの役割を交換した関数をg:[0,1]×[0,1]→Rとすると、∫[0,1]×[0,1]g=0であり、任意の(x,y)∈[0,1]×[0,1]に対して、f(x,y)+g(x,y)=1である。∫abf(x)−g(x)dx=∫abf(x)dx−∫abg(x)dxが成り立つことの証明と同様にして、f,gが[0,1]×[0,1]で積分可能であるとき、f−gも[0,1]×[0,1]で積分可能であり、∫[0,1]×[0,1]f−g=∫[0,1]×[0,1]f−∫[0,1]×[0,1]gが成り立つことを証明することができる。1およびgは[0,1]×[0,1]で積分可能であるから、f=1−gも[0,1]×[0,1]で積分可能であり、∫[0,1]×[0,1]f=∫[0,1]×[0,1]1−g=∫[0,1]×[0,1]1−∫[0,1]×[0,1]g=1−0=1が成り立つ。
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