Exemple
On prend (X, A)=(R,B(R)) et λla mesure de Lebesgue.
En= [−n, n]et R=∞
S
n=0
Enet λ(En)=2ndonc λest σ-finie.
Soit Γnon dénombrable, on prend X=P(Γ) et µla mesure de décompte.
Théorème 2.1
Soient (
X, A, µ
)et (
Y, B, ν
)deux espaces mesurés
σ
-finis. Alors il existe une unique mesure
m
sur (
X×Y, A⊗B
)
telle que ∀A∈Aet ∀B∈B,m(A×B) = µ(A)ν(B). Cette mesure est σ-finie et elle est notée m=µ⊗ν.
On a les propriétés suivantes :
• ∀C∈A⊗B,x7−→ ν(Cx)est A-mesurable et y7−→ µ(Cy)est B-mesurable
•m(C)=(µ⊗ν)(C) = RXν(Cx) dµ(x) = RYµ(Cy) dν(y)
Démonstration :Admis.
Proposition 2.2
Le
Théorème 2.1
s’étend aux produits finis de mesures
σ
-finies. Soient (
Xi,Ai, µi
)des espaces mesurés
σ
-finis
avec 1
6i6n
. Alors
µi⊗ ··· ⊗ µn
est caractérisé par (
µ1⊗ ··· ⊗ µn
)(
A1× ··· × An
) =
n
Q
i=1
µi
(
Ai
)avec
Ai∈Ai
.
Exemple
On appelle mesure de Lebesgue sur (Rd,B(Rd)) λd:=λ⊗ ··· ⊗ λ
| {z }
dfois
.
3. Théorèmes de Fubini
Théorème 3.1 – Théorème de Fubini-Tonelli
Soit
f:
(
X×Y, A⊗B
)
−→
(
R+,B
(
R+
)) positive et mesurable. Soient
µ
et
ν
des mesures
σ
-finies sur
A
et
B
respectivement.
(a) (X, A)−→ R
x7−→ RYf(x, y) dν(y)et (Y, B)−→ R
y7−→ RXf(x, y) dµ(x)sont mesurables
(b) ZX×Y
f(x, y) d(µ⊗ν) = ZXZY
f(x, y) dν(y)dµ(x) = ZYZX
f(x, y) dµ(x)dν(y)(?)
Démonstration :(a) On sait que fx:y7−→ f(x, y)est mesurable et positive, donc RYf(x, y) dν(y)a un sens.
Si f=Cavec C∈A⊗B,RYf(x, y) dν(y) = RYC(x, y) dν(y) = ν(Cx). On a admis que x7−→ ν(Cx)est mesurable.
Si f=
n
P
i=1
α1Ciavec αi>0,x7−→
n
P
i=1
αiν(Ci)xest mesurable.
Soit
f
mesurable et positive, alors
∃
(
fn
)étagées positives telles que
fn
converge simplement en croissant vers
f
et alors
∀x
,
RYfn(x, y) dν(y)−−−−→
n→∞ RYf(x, y) dν(y)d’après le théorème de convergence monotone.
x7−→ RYf(x, y) dν(y)est donc A-mesurable.
(b) Toutes les intégrales impliquées ont un sens.
Si f=Cavec C∈A⊗B, le Théorème 2.1 entraîne que (µ⊗ν)(C) = RXν(Cx) dµ(x) = RYµ(Cy) dν(y)i. e.
ZY
Cd(µ⊗ν) = ZXZY
C(x, y) dν(y)dµ(x) = ZYZX
C(x, y) dµ(x)dν(y)
Comme (
?
)est vraie pour les fonctions indicatrices, alors (
?
)est vraie pour les fonctions étagées positives. Donc (
?
)est
vraie pour les fonctions mesurables et par approximation croissante par des fonctions étagées positives et par le théorème de
convergence monotone.
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