Monotona konvergenssatsen

 Den här artikeln behöver källhänvisningar för att kunna verifieras. (2022-09)
Åtgärda genom att lägga till pålitliga källor (gärna som fotnoter). Uppgifter utan källhänvisning kan ifrågasättas och tas bort utan att det behöver diskuteras på diskussionssidan.

Det finns flera satser som kallas monotona konvergenssatsen eller satsen om monton konvergens (SOMK).

SOMK för talföljder

Satsen säger att om en talföljd är begränsad och monoton så konvergerar den.

För funktionsföljd

Inom den matematiska analysen förkunnar monotona konvergenssatsen att om μ {\displaystyle \mu } är ett mått på en mängd X {\displaystyle X} och f n {\displaystyle f_{n}} är en växande följd av funktioner som antar icke negativa värden och är integrerbara med avseende på μ {\displaystyle \mu } , så uppfyller funktionen

f ( x ) = lim n → ∞ f n ( x ) {\displaystyle f(x)=\lim _{n\rightarrow \infty }f_{n}(x)}

likheten

lim n → ∞ ∫ f n d μ = ∫ f d μ . {\displaystyle \lim _{n\rightarrow \infty }\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu =\int f\,\mathrm {d} \mu .}

Bevis

Olikheten f n ≤ f {\displaystyle f_{n}\leq f} ger att

∫ f n d μ ≤ ∫ f d μ , {\displaystyle \int f_{n}\,\mathrm {d} \mu \leq \int f\,\mathrm {d} \mu ,}

med en naturlig tolkning i det fall att f {\displaystyle f} inte är integrerbar. Det följer att

lim n → ∞ ∫ f n d μ ≤ ∫ f d μ . {\displaystyle \lim _{n\to \infty }\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu \leq \int f\,\mathrm {d} \mu .}

Om lim n → ∞ ∫ f n d μ = ∞ {\displaystyle \lim _{n\to \infty }\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu =\infty } , så är utsagan i satsen uppenbarligen sann. Antag att lim n → ∞ ∫ f n d μ < ∞ {\displaystyle \lim _{n\to \infty }\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu <\infty } . Då gäller att

∫ | f m − f n | d μ = ∫ f m d μ − ∫ f n d μ → 0 , m ≥ n → ∞ . {\displaystyle \int |f_{m}-f_{n}|\,\mathrm {d} \mu =\int f_{m}\,\mathrm {d} \mu -\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu \to 0,\quad m\geq n\to \infty .}

Tag enkla funktioner g n {\displaystyle g_{n}} sådana att ∫ | g n − f n | d μ < 4 − n {\displaystyle \int |g_{n}-f_{n}|\,\mathrm {d} \mu <4^{-n}} . Då är

μ { x : | g n − f n | ≥ 2 − n } < 2 − n . {\displaystyle \mu \{\,x:|g_{n}-f_{n}|\geq 2^{-n}\,\}<2^{-n}.}

Det följer att ∫ | g n − g m | d μ → 0 {\displaystyle \int |g_{n}-g_{m}|\,\mathrm {d} \mu \to 0} när m , n → ∞ {\displaystyle m,n\to \infty } , och lim n g n = f {\displaystyle \lim _{n}g_{n}=f} nästan överallt. Sålunda är f {\displaystyle f} integrerbar och

∫ f d μ = lim n → ∞ ∫ g n d μ = lim n → ∞ ∫ f n d μ . {\displaystyle \int f\,\mathrm {d} \mu =\lim _{n\to \infty }\int g_{n}\,\mathrm {d} \mu =\lim _{n\to \infty }\int f_{n}\,\mathrm {d} \mu .}