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Beweis zu Borel-Mengen

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Wahrscheinlichkeitsmaß

Tags: Borel, Wahrscheinlichkeitsmaß

 
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Lauri89

Lauri89

13:05 Uhr, 24.04.2010

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Hallo,
ich muss eine z.Z. eine Aufgabe bearbeiten, die etwas tricky ist. Vielleicht könnt ihr mir ja helfen..

Und zwar ist zu beweisen, dass die Potenzmenge von dem GESCHLOSSENEN Intervall 0,1 nicht mit der sigma-algebra der borel-messbaren Mengen gemein ist.
Dazu haben wir einen nicht ganz korrekten Beweis, den wir kommentieren und korrigieren sollen (λ ist das Lebesque-Maß):

a) Angenommen alle Teilmengen von [0,1] seien messbar. Für jede Menge X[0,1]
ist dann λ(X ) definiert und eine Zahl in [0,1].
b) Betrachte nun die Menge B:= {λ(X ):X[0,1], λ(X ) /∈ X}.
c) Da die Aussagen λ(B) =B und λ(B) /=B offenbar äquivalent sind, kommt es zum Widerspruch.

Vermutlich liegt ein Fehler im Schluss auf c) aber wo genau? Ich kann mir vorstellen, dass es damit zu tun hat, dass die Borelmengen die von offenen mengen erzeugte sigma-algebra bezeichnet, und dass [0,1] überabzählbar ist.

Für alle, die mir helfen möchten (automatisch von OnlineMathe generiert):
"Ich möchte die Lösung in Zusammenarbeit mit anderen erstellen."
Online-Nachhilfe in Mathematik
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hagman

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13:24 Uhr, 24.04.2010

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Wegen λ([0,x[)=x ist ohnehin B=[0,1]
Lauri89

Lauri89

15:16 Uhr, 24.04.2010

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@hagman

Und das heißt jetzt was?
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hagman

hagman aktiv_icon

15:59 Uhr, 24.04.2010

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OK, eigentlich nichts. Aber da man B so explizit angeben kann, ist die restliche Argumentation gewiss suspekt.
Aber tatsächlich kommt der Knackpunkt erst bei c) (schließlich ist B nur eine Definition und Definitionen können nicht falsch sein)
Inwiefern sollen λ(B)=B und λ(B)B äquivalent sein? Noch dazu "offenbar" ... ?
Angesichts der Tatsache, dass B eine Menge und keine Zahlist, war möglicherweise ohnehin λ(B)Bλ(B)B gemeint, aber auch da wundere ich mich über die Behauptung.
Was man höchstens hat, ist:
λ(B)Bλ(B)B
Hieraus ergibt sich aber logisch nur λ(B)B, na und?
Lauri89

Lauri89

17:07 Uhr, 24.04.2010

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Naja zu einem Widerspruch zu kommen, wäre ja gut um die Eingangsaussage zu beweisen...

1)Verstehe ich es denn richtig, dass wir zeigen müssen: Potenzmenge von I0,1I ist nicht identisch mit Borel I0,1I
oder geht es um die darauf definierte Sigma-Algebra?? Die muss doch dann natürlich anders aussehen.
2)Die Aussage von a) ist doch nur dass L(B)=L(I0,1I) in I0,1I liegt,oder?


Könnte es damit zu tun haben, dass Lebesque sigma-algebren > Borel sigma-algebren sind? (Wir bewegen uns mit PM 0,1 ja im
R hoch n, oder?)
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hagman

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22:28 Uhr, 24.04.2010

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Die Potenzmenge von [0,1] ist (wie die Borel-Algebra) eine sigma-Algebra:
Das Komplement einer beliebigen Teilmenge ist wieder eine Teilmenge und die abzählbare Vereinigung beliebieger Teilmengen ist eine Teilmenge (und natürlich: [0,1] selbst ist eine Teilmenge von [0,1])
Gewissermaßen ist die Potenzmenge die größtmögliche sigma-Algebra auf [0,1], während die Borel-Algebra die kleinstmögliche unter allen sigma-Algebren ist, die zumindest alle offenen Mengen enthalten.
Die Frage ist: Ist diese kleinstmögliche bereits so umfangreich, dass sie alle Teilmengen von [0,1] enthält?

Um den Unterschied zwischen Lebesgue-messbar und Borelmenge geht es in dieser Aufgabe weniger (OK, der angegebene falsche Beweis benuttz eher Lebesgue-Mengen statt Borel-Mengen, aber bleibt trotzdem falsch)
Lauri89

Lauri89

22:19 Uhr, 25.04.2010

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Aha...danke für die Erläuterung! Dass die kleinstmögliche nicht mit der größtmöglichen sigma-Algebra übereinstimmt, scheint logisch.
Gehe ich richtig in der Annahme, dass 1: an a) erstmal nichts auszusetzen ist? 2: aber b) aus irgendeinem Grund so nicht sinnvoll definiert ist?
Lauri89

Lauri89

07:17 Uhr, 26.04.2010

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Also a) ist wohl doch nicht korrekt, es gibt nicht messbare Mengen in unserem Intervall.....
Ist das dann bei b) die Menge L(X) nicht in B? oder was ist mit B gemeint? Ist damit die nicht messbare Teilmenge aus a) definiert?

Mir ist überhaupt nicht klar, wie der Schluss auf c) zustandekommt? Woher kommt denn diese Aussage?
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hagman

hagman aktiv_icon

17:49 Uhr, 26.04.2010

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a) ist in der Tat nicht korrekt, aber es handelt sich ja auch genau um die Aussage, die man per Widerspruchsbeweis wiederlegen möchte.
Wie der Schluss auf c), nch dazu "offensichtlich", zustande kommen soll,ist auch mir, wie ich oben schon gesagt hatte, schleierhaft - aber irgendwo muss ein falscher Beweis ja einen Fehler haben.

Wenn dieser Beweis, dass die Algebra der LEBESGUE-Mengen echt kleiner ist als die Potenzmengenalgebra, funktionieren würde, käme er ja offenbar auch ohne Auswahlaxiom aus. Das geht meines Wissens nicht.
(Allerdings kann man den entsprechnden Beweis zur BOREL-Algebra durchaus ohne Auswahlaxiom durchführen).

Gangbar wäre folgender Beweis:
Auf [0,1) definiere die Äquivalenzrelation x~yx-y.
Sei A[0,1) ein Repräsentantensystem von ~
Zu q[0,1) setze Aq:=((A+q)(A+q-1))[0,1)={x[0,1) |x-qA  x-q+1A}
Wäre λ ein translationsinvariantes Maß, das auf der vollen Potenzmengenalgebra definiert ist und für das λ([0,1])=1 ist, so wäre λ(Aq)=λ(A), da Aq aus A durch Zerlegung in zwei Teile und Translation dieser Teile entsteht.
Da die Aq paarweise disjunkt sind, folgt
1=λ([0,1))=λ(Aq)=λ(Aq)
im Widerspruch zur Sigma-Additivität

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