Aufgabe 2.5 – A-B-Messbarkeit (!)

Zeige, dass mit der σ-Algebra <br />
\mathcal{A} = \left\{ {\emptyset ,\left\{ {1,3} \right\},\left\{ 2 \right\},\left\{ {1,2,3} \right\}} \right\}<br />
über die Menge <br />
\left\{ {1,2,3} \right\}<br />
die Funktion <br />
f:\left\{ {1,2,3} \right\} \to \mathbb{R},\quad f\left( x \right) = \left( {x-2} \right)^2<br />
<br />
\mathcal{A}-\mathcal{B}-messbar<br />
ist.

Lösung

Zur Erinnerung:
Eine Abbildung heißt <br />
\mathcal{A}-\mathcal{B}-messbar<br />
, falls gilt, <br />
f^{-1} \left( \mathcal{B} \right) \subseteq \mathcal{A}<br />
. D.h. wenn das Urbild von <br />
\mathcal{B}<br />
Teilmenge von <br />
\mathcal{A}<br />
ist.

Um die Behauptung zu Beweisen zeigen wir also:
<br />
f^{-1} \left( \mathcal{B} \right) \subseteq \mathcal{A}<br />
<br />
f^{-1} \left( A \right) \in \mathcal{A},\quad \forall A \in \mathcal{B}\left( \mathbb{R} \right)<br />

Zur Erinnerung:
Die Definition des Urbildes lautet: <br />
f^{-1} \left( A \right) = \left\{ {x \in \left\{ {1,2,3} \right\}|f\left( x \right) \in A} \right\}<br />
In Worten ist das Urbild also die Menge aller Elemente, die durch die Funktion f(x) auf A abgebildet werden.

Urbild

Wir berechnen nun zunächst die Funktionswerte der Menge <br />
\left\{ {1,2,3} \right\}<br />
:
<br />
f\left( {\left\{ {1,2,3} \right\}} \right) = \left\{ {0,1} \right\}<br />

Nun betrachten wir das Urbild:

Sei <br />
A \in \mathcal{B}\left( \mathbb{R} \right)<br />
Jetzt müssen wir 4 Fälle unterscheiden. Wir wissen nämlich nicht, ob die Funktionswerte <br />
\left\{ {0,1} \right\}<br />
, die wir grad berechnet haben, auch tatsächlich in der betrachteten Menge A enthalten sind:

1. <br />
A \cap \left\{ {0,1} \right\} = \emptyset \quad  \Rightarrow \quad f^{-1} \left( A \right) = \emptyset  \in \mathcal{A}<br />
2. <br />
A \cap \left\{ {0,1} \right\} = \left\{ {0,1} \right\}\quad  \Rightarrow \quad f^{-1} \left( A \right) = \left\{ {1,2,3} \right\} \in \mathcal{A}<br />
3. <br />
A \cap \left\{ {0,1} \right\} = \left\{ 0 \right\}\quad  \Rightarrow \quad f^{-1} \left( A \right) = \left\{ 2 \right\} \in \mathcal{A}<br />
4. <br />
A \cap \left\{ {0,1} \right\} = \left\{ 1 \right\}\quad  \Rightarrow \quad f^{-1} \left( A \right) = \left\{ {1,3} \right\} \in \mathcal{A}<br />

Da alle Urbilder wieder eine Teilmenge von <br />
\mathcal{A}<br />
sind, ist die Funktion <br />
\mathcal{A}-\mathcal{B}-messbar<br />
!

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