2.平面上的x轴的外测度为0.
题目解答
答案
解析
本题考查的知识点是外测度的定义及计算,解题思路是根据外测度的定义,通过构造覆盖$x$轴的开区间列,计算其长度和的下确界来判断$x$轴的外测度是否为$0$。
步骤一:明确外测度的定义
设$E$是$\mathbb{R}^n$中的点集,对于任意的$\delta>0$,用一列开区间$\{I_i\}_{i = 1}^{\infty}$覆盖$E$,即$E\subseteq\bigcup_{i = 1}^{\infty}I_i$,记$\sum_{i = 1}^{\infty}|I_i|$为这些开区间长度之和(在$\mathbb{R}^n$中,$|I_i|$表示开区间$I_i$的体积)。外测度$m^*(E)$定义为$m^*(E)=\inf\left\{\sum_{i = 1}^{\infty}|I_i|:E\subseteq\bigcup_{i = 1}^{\infty}I_i\right\}$,也就是所有可能覆盖$E$的开区间列长度和的下确界。
步骤二:构造覆盖$x$轴的开区间列
对于$x$轴上的任意一点$x\in\mathbb{R}$,我们可以用开区间$(x - \frac{\delta}{2}, x+\frac{\delta}{2})$来覆盖它。为了覆盖整个$x$轴,我们可以取一系列这样的开区间。
考虑用开区间列$\{I_n\}$,其中$I_n=(n - \frac{\delta}{2}, n+\frac{\delta}{2})$,$n\in\mathbb{Z}$,显然$\mathbb{R}\subseteq\bigcup_{n = -\infty}^{\infty}I_n$。
步骤三:计算开区间列长度和
每个开区间$I_n=(n - \frac{\delta}{2}, n+\frac{\delta}{2})$的长度$|I_n|=(n+\frac{\delta}{2})-(n - \frac{\delta}{2})=\delta$。
那么$\sum_{n = -\infty}^{\infty}|I_n|=\sum_{n = -\infty}^{\infty}\delta$,由于$\delta>0$,我们可以让$\delta$任意小。
根据外测度的定义,对于任意的$\epsilon>0$,我们取$\delta=\frac{\epsilon}{2}$,此时$\sum_{n = -\infty}^{\infty}|I_n|=\sum_{n = -\infty}^{\infty}\frac{\epsilon}{2}$,并且$m^*(\mathbb{R})\leq\sum_{n = -\infty}^{\infty}|I_n|$。
因为$\epsilon$可以任意小,所以$m^*(\mathbb{R}) = 0$,即平面上的$x$轴的外测度为$0$。