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\documentclass[uebung]{../../../lecture}
\begin{document}
\punkte
\title{Analysis III: Übungsblatt 1}
\author{Leon Burgard, Christian Merten}
\begin{aufgabe}[]
Beh.: $\mathcal{A}_{\mu}$ ist eine $\sigma$-Algebra auf $X$.
\begin{proof}
\begin{enumerate}[(i)]
\item $X \in \mathcal{A}_{\mu}$, denn $\mu(\emptyset) = 0$, da
$\mu$ Maß und $X \triangle X = \emptyset$. Mit (ii) ist
auch $\emptyset = X^{C} \in \mathcal{A}_{\mu}$.
\item Sei $A \in \mathcal{A}_{\mu}$. Dann ex.
$B, C \in \mathcal{A}$ mit $\mu(C) = 0$ und
$A \triangle B \subset C$. Dann ist
\[
A^{c} \triangle \underbrace{B^{c}}_{\in \mathcal{A}}
= A^{c} \setminus B^{c} \cup B^{c} \setminus A^{c}
= B \setminus A \cup A \setminus B
= A \triangle B
\subset C
.\]
Also $A^{c} \in \mathcal{A}_{\mu}$.
\item Sei $A_i \in \mathcal{A}_{\mu}$ für $i \in \N$. Dann
ex. $\forall i \in \N$ ein $B_i \in \mathcal{A}$ und
$\mu$-Nullmenge $C_i \in \mathcal{A}$, s.d.
$A_i \triangle B_i \subset C_i$.
Betrachte nun $B := \bigcup_{i \in \N} B_i$
und $C := \bigcup_{i \in \N} C_i$. Es ist
$B, C \in \mathcal{A}$
da $\mathcal{A}$ $\sigma$-Algebra. Außerdem
ist $\mu(C) = 0$, wg. $\sigma$-Additivität von $\mu$.
Damit folgt
\begin{align*}
A \triangle B &=
\left( \bigcup_{i \in \N} A_i \right)
\triangle
\left( \bigcup_{i \in \N} B_i \right) \\
&=
\left( \bigcup_{i \in \N} A_i \setminus \bigcup_{i \in \N} B_i \right) \cup \left( \bigcup_{i \in \N} B_i \setminus \bigcup_{i \in \N} A_i \right) \\
&\subset
\left( \bigcup_{i \in \N} A_i \setminus B_i \right) \cup \left( \bigcup_{i \in \N} B_i \setminus A_i \right) \\
&= \bigcup_{i \in \N} \left( A_i \setminus B_i \cup B_i \setminus A_i \right) \\
&\subset C_i \\
&= C
.\end{align*}
\end{enumerate}
\end{proof}
Beh.: $\overline{\mu}$ ist ein Maß.
\begin{proof}
\begin{enumerate}[(i)]
\item Z.z.: $\overline{\mu}$ wohldefiniert. Sei dazu
$A \in \mathcal{A}_{\mu}$ und $B, B', C, C' \in \mathcal{A}$,
s.d. $A \triangle B \subset C$ und $A \triangle B' \subset C'$.
Definiere $\tilde{C} := C \cup C' \in \mathcal{A}$
Es folgt direkt $\mu(\tilde{C}) = 0$. Es
gilt weiter
\begin{align*}
\tilde{C} \supset \underbrace{(A \triangle B)}_{\subset C} \triangle
\underbrace{(A \triangle B')}_{\subset C'}
&= \underbrace{A \triangle A}_{= \emptyset} \triangle B \triangle B' \\
&= B \triangle B' \\
&= B \setminus B' \cup B' \setminus B
.\end{align*}
Also insbesondere $B \setminus B' \subset \tilde{C}$ und
$B' \setminus B \subset \tilde{C}$.
Mit $B = (B \setminus B') \cup (B \cap B')$ disjunkt und
der $\sigma$-Additivität von $\mu$ folgt
\begin{align*}
\mu(B) &= \mu(\underbrace{B \setminus B'}_{\subset \tilde{C}}) + \mu(B \cap B') \\
&= 0 + \mu(B \cap B') + 0 \\
&= \mu(B \cap B') + \mu(\underbrace{B' \setminus B}_{\subset \tilde{C}}) \\
&= \mu(B')
.\end{align*}
Also $\overline{\mu}$ wohldefiniert.
\item Z.z.: $\overline{\mu}(\emptyset) = 0$. Es ist
$\emptyset \triangle \emptyset = \emptyset$, also
$\overline{\mu}(\emptyset) = \mu(\emptyset) = 0$.
\item Die $\sigma$-Additivität folgt direkt aus der
$\sigma$-Additivität von $\mu$.
\end{enumerate}
\end{proof}
\end{aufgabe}
\begin{aufgabe}
\end{aufgabe}
\end{document}