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मापन सिद्धांत
मापन सिद्धांत गणितीय विश्लेषण की वह शाखा है जो सांकेतिक व्यावसायिकता की तकनीकों पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय एकीकरण के सैद्धांतिक आधार से संबंधित है। यह संभावना, सांख्यिकी और कार्यात्मक विश्लेषण जैसे कई क्षेत्रों में सहायक है। जिन समस्याओं के लिए आयतन और क्षेत्रफल की पारंपरिक परिभाषाएँ लागू नहीं होतीं, उनके लिए मापन सिद्धांत विकसित किया गया था; इसका आधुनिक विश्लेषण में व्यापक अनुप्रयोग है।
मूलभूत अवधारणाएँ
सबसे मूल स्तर पर, मापन सिद्धांत मापन स्थान की अवधारणा से शुरू होता है। एक मापन स्थान एक त्रय (X, mathcal{A}, mu)
है जहाँ:
X
एक सेट है।mathcal{A}
X
पर एक σ-बीजगणित है।mu: mathcal{A} to [0, infty]
एक मापन है।
मापन का उद्देश्य प्रत्येक X
के उपसमुच्चय को mathcal{A}
में आकार या आयतन का प्रतिनिधित्व करने वाली एक संख्या सौंपने का एक व्यवस्थित तरीका प्रदान करना है। यह संख्या गैर-ऋणात्मक होती है और अनंत हो सकती है।
σ-बीजगणित
किसी सेट X
पर σ-बीजगणित mathcal{A}
X
के उपसमुच्चयों का एक संग्रह है जिसमें तीन गुण होते हैं:
X
स्वयंmathcal{A}
में है।mathcal{A}
संपूरकता के तहत बंद है: यदि एक सेटA
mathcal{A}
में है, तोX setminus A
भीmathcal{A}
में है।mathcal{A}
गणनीय संघों के तहत बंद है: यदिA_1, A_2, ldots
mathcal{A}
में हैं, तोbigcup_{i=1}^{infty} A_i
भीmathcal{A}
में है।
मापन
मापन mu
σ-बीजगणित mathcal{A}
से विस्तारित वास्तविक संख्याओं [0, infty]
तक की एक फलन है जो संतुष्ट होती है:
- गैर-ऋणात्मकता:
mu(A) geq 0
प्रत्येकA in mathcal{A}
के लिए। - शून्य रिक्त सेट:
mu(emptyset) = 0
। - गणनीय संपूर्णता/σ-संपूर्णता: यदि
A_1, A_2, ldots
mathcal{A}
में हैं और असंलग्न हैं, तोmu(bigcup_{i=1}^infty A_i) = sum_{i=1}^infty mu(A_i)
।
मापन के उदाहरण
इन परिभाषाओं को स्पष्ट करने के लिए कुछ उदाहरणों पर नज़र डालें:
1. गिनती मापन
किसी भी सेट X
के लिए, हम एक गिनती मापन mu
को परिभाषित कर सकते हैं ताकि X
के प्रत्येक उपसमुच्चय A
के लिए, mu(A)
A
में तत्वों की संख्या हो। इस मापन को समझना आसान है: यह तत्वों को सीधे गिनता है।
2. लेबेस्ग मापन
वास्तविक रेखा mathbb{R}
पर, लेबेस्ग मापन सबसे महत्वपूर्ण मापन है, जो अंतरालों से लेकर सेटों के एक व्यापक संग्रह तक लंबाई की धारणा का विस्तार करता है। अंतराल [a, b]
का लेबेस्ग मापन b - a
है।
यह वास्तविक संख्या रेखा पर [a, b]
को निर्दिष्ट करता है जिसका लेबेस्ग मापन लंबाई b - a
है।
मापन सिद्धांत के माध्यम से एकीकरण
मापन सिद्धांत द्वारा प्रदान किए गए सबसे शक्तिशाली उपकरणों में से एक एकीकरण का एक बहुत ही सामान्य सिद्धांत है। इसे लेबेस्ग इंटीग्रल कहा जाता है। राइमान इंटीग्रल, जो सीमित रुकावट वाले फ़ंक्शन तक सीमित है, के विपरीत, लेबेस्ग इंटीग्रल बहुत अधिक जटिल मामलों को संभाल सकता है।
राइमान बनाम लेबेस्ग एकीकरण
दोनों के बीच मुख्य अंतर यह है कि एकीकरण किस प्रकार से फ़ंक्शन मानों को जोड़ता है। राइमान इंटीग्रल फ़ंक्शन के डोमेन को विभाजित करता है, जबकि लेबेस्ग इंटीग्रल फ़ंक्शन के रेंज को विभाजित करता है।
इस धारणा को व्यक्त करने के लिए, अंतराल [a, b]
पर परिभाषित एक फ़ंक्शन f
पर विचार करें। राइमान योग इसके इंटीग्रल को लगभग करने के लिए अंतराल के एक विभाजन को ऊपर उठाता है:
Riemann integral: int_a^b f(x) , dx = lim_{n to infty} sum_{i=1}^n f(x_i^*) Delta x_i
जबकि लेबेस्ग इंटीग्रल स्तर सेटों का उपयोग करके कोडोमेन को विभाजित करता है।
लेबेस्ग इंटीग्रल की शक्ति इसके विस्तृत वर्ग के फ़ंक्शंस को एकीकृत करने की क्षमता से उत्पन्न होती है। उस फ़ंक्शन पर विचार करें जो शून्य मापन वाले चर के सेट पर एक मान लेता है। लेबेस्ग इंटीग्रल इसे आसानी से संभाल सकता है क्योंकि यह विशेष मानों पर जहाँ फ़ंक्शन सेटों का मापन लेता है, उस पर जोर देता है।
अनुप्रयोग
1. संभाव्यता सिद्धांत
संभाव्यता में, मापन सैद्धांतिक ढांचा हमें संभाव्यता मापन को परिभाषित करने की अनुमति देता है, जो पारंपरिक कोल्मोगोरोव संभाव्यता के स्वयंसिद्धों का सामान्यीकरण करते हैं। गणितीय रूप से, एक संभाव्यता मापन एक मापन होता है जिसमें पूरा स्थान 1 मापन होता है। घटनाएँ तब मापन योग्य सेट बन जाती हैं, और संभाव्यता कार्य मापन हो जाते हैं।
2. कार्यात्मक विश्लेषण
इस क्षेत्र में, मापन सिद्धांत L^p
जैसे स्थानों को परिभाषित करने में मदद करता है, जहाँ सीमाएँ और कायाकल्प के लेंस के तहत कार्यों का अध्ययन किया जाता है, जैसे कि लगभग-प्रत्येक स्थान में अभिसरण और मापन में अभिसरण को परिभाषित करते हैं।
निष्कर्ष
मापन सिद्धांत गणित का एक मजबूत क्षेत्र है जो आकार और एकीकरण की सावधानीपूर्वक जाँच की अनुमति देता है। मापन, σ-बीजगणित और लेबेस्ग इंटीग्रल को समझकर, हम क्षेत्रों, संभाव्यता और कार्यों को सख्ती से संभालने के लिए एक आधार प्रदान करते हैं। इसके गहरे पारगमन ने इसे शुद्ध और अनुप्रयुक्त दोनों संदर्भों में महत्वपूर्ण बना दिया है, और यह गणितीय परिदृश्य में इसकी महत्वपूर्ण भूमिका को दर्शाता है।