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Fubiniの定理に関するRemark 4に証明なしで書いてあることの証明

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f:[0,1]×[0,1]Rf(x,y)={1(x は無理数)1(x は有理数、y は無理数)11q(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 xy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)dxabg(x)dxが成り立つことの証明と同様にして、f,g[0,1]×[0,1]で積分可能であるとき、fg[0,1]×[0,1]で積分可能であり、[0,1]×[0,1]fg=[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[0,1]×[0,1]で積分可能であるから、f=1g[0,1]×[0,1]で積分可能であり、[0,1]×[0,1]f=[0,1]×[0,1]1g=[0,1]×[0,1]1[0,1]×[0,1]g=10=1が成り立つ。

投稿日:20231116
更新日:20231116
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