21
KEKONVERGENAN INTEGRAL HENSTOCK-PETTIS
PADA RUANG EUCLIDE
nR
(Henstock-Pettis
Integral Convergence in Euclidean Space)
Hairur Rahman
1dan Soeparna Darmawijaya
21
Universitas Muhamadiyah Malang
2
Jurusan Matematika FMIPA UGM, Sekip Utara Yogyakarta
ABSTRAK
Dalam paper ini dibicarakan integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn. Pembahasannya meliputi beberapa sifat fungsi terintegral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn, fungsi primitif, lemma Henstock, dan beberapa teorema kekonvergenannya.
Kata kunci:Integral Henstock, Ruang Euclide Rn, fungsi terintegral Henstock Pettis
ABSTRACT
Henstock-Pettis Integral on the Euclide an Space is discussed in this paper. Dis cussions cover some properties of Henstock-Pettis integrable function on the Euclide an Space Rn, primitive function, Henstock lemma, and some convergence theorems.
Makalah diterima tanggal 12 Maret 2006
1. PENDAHULUAN
Pada tahun 1914, Perron mengembangkan perluasan lain integral Lebesgue dan menunjukkan bahwa integralnya mempunyai sifat bahwa setiap derivatifnya terintegral pada garis lurus.Selanjutnya Hanstock dan Kurzweil secara terpisah mengitlakkan integral Riemann dengan mengubah konstanta positif δ menjadi fungsi positif δ dan ternyata integral yang disusun keduanya ekuivalen. Oleh karena itu, integral yang mereka susun terkenal dengan nama Henstock-Kurzweil.
Dari kajian tentang integral Henstock banyak sifat-sifatnya yang telah diungkapkan baik dalam R maupun ruang Rn. Menurut penelitian, masalah mengenai sifat-sifat pada integral Henstock kemungkinan dapat dikembangkan menjadi masalah yang lebih luas dalam integral henstock-Pettis, khususnya sejauh mana
sifat-sifat integral Henstock dari fungsi bernilai real dapat dikembangkan ke dalam integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn.
Himpunan semua bilangan real dinotasikan dengan R. Untuk bilangan asli n, Rn menyatakan himpunan semua pasangan atas n bilangan real, yaitu :
R R R
Rn = × ×...× . ( n faktor )
(
)
{
x= x x xn xi∈R ≤i≤n}
= 1, 2,..., : ,1
Untuk setiap α∈R dan
x
,
y
∈
R
n. Jika A himpunan bagian tak kosong didalam Rn, diameter himpunan A didefinisikandiam(A) = sup
{
x−y :x,y∈Α}
( )
x r{
y y R x y r}
B = ∈ n − <dan :
, .
Definisi 1.1Diberikan sel E ⊂ Rn.
(1)Divisi pada sel E adalah koleksi sel berhingga D yang tidak saling tumpang tindih sehingga
.
E D D D
=
∈
U
(2)Segmentasi pada koleksi sehingga sel-sel C adalah koleksi berhin gga sel D yang tidak saling tumpang tindih sehingga memenuhi
(a) Untuk setiap D∈D terdapat sel C
C∈ sehingga D⊆C (b) Untuk setiap C∈C koleksi
{
D∈D:D⊂C}
adalah partipasi pada CDefinisi 1.2. Diberikan fungsi volume
α
pada Rn, sel E⊂Rn dan E ruang Banach. Fungsi f : E? X dikatakan terintegral-αHenstock pada E terhadapα, ditulis singkat f ∈ H (E, α, X) jika terdapat vektor Α∈Χ sehingga untuk setiap bilangan∈>
0
terhadap fungsi positif δ pada E dan untuk setiap partisi Perron δ-fine(
) (
) (
)
{
D x D x Dn xn}
D= 1, 1 , 2, 2 ,... , pada E berlaku
( )
( )
= −( )
( ) ( )
<∈−
∑
∑
=
1 1
1
1 A D f x D
x f D A
n
i
α α
Definisi 1.3. Diberikan X ruang Banach dan X* ruang dualnya, volume α pada Rn, dan E
⊂Rn. Fumgsi f : E ? X dikatakan
terintegral-α Henstock-Pettis pada E, ditulis singkat dengan f ∈ HP(E, α), jika untuk setiap x*f terintegral-α Henstock pada A terdapat vektor x(f, A, α)∈ X sehingga
(
)
(
) ( )
∫
∗∗ =
A fd x H A
f x
x , ,α α
Selanjutnya vektor x
(
f,A,α)
di atas disebut nilai Integral Henstock-Pettis fungsi f pada A dan ditulis(
) ( )
=∫
A fd H A
f
x , ,α α ,
khususnya
(
) ( )
=∫
E fd HP E
f
x , ,α α.
Jadi
( )
(
∫
)
( )
∫
∗∗ =
A A
fd x H fd HP
x α α.
2. HASIL DAN PEMBAHASAN
Akan dibahas sifat-sifat lanjut dari integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn, beberapa kekonvegenan dari integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn .
Teorema 2.1. ( Kriteria Cauchy) Fungsi
( )
E,αHP
f ∈ jika dan hanya jika untuk setiap bilangan ∈ > 0 terdapat fungsi positif δ pada E sehingga jika A⊂E sel dan D1=
{
(
Β1,x1)
,...,(
Βp,xp)
}
dan(
)
(
)
{
C x Cq xq}
D2= 1, 1,..., , masing-masing partisi Perron δ-fine pada A memenuhi
( )
∑
( ) ( ) ( )
−∑
( ) ( )
<∈= =
∗ ∗
p
i
k q
k
i B D x f yk C x
f x D
1 1
2 1
1 α α
untuk setiap x∗∈X∗.
Teorema 2.2. Jika
f
∈
HP
( )
E
,
α
maka( )
A
,
α
HP
f
∈
untuk setiap sel bagian A⊆ E.Bukti : Cukup jelas, berdasarkan Definisi 1.3.
Definisi 2.3. Jika f ∈HP
( )
E,α dan J (E) koleksi semua sel bagian di dalam E maka fungsi F : J (E) ? X dengan rumus( ) (
= , ,) ( )
=∫
,A fd HP A
f x A
F α α
dan F
( )
0/ =0,untuk setiap A∈F( )
E disebut23
Teorema 2.4. Diberikan fungsi volume α didalam Rn dan sel E ⊂ Rn. Jika f ∈HP
( )
E,αdengan f sebagai primitif-HP nya dan E1, E2, ..., Ep sel-sel di dalam E yang tak saling
tumpang tindih dan
U
p k Ek E1
=
= maka
( )
∑
( )
∑
(
)
= =
=
= p
k
p
k
k x f A
E F E F
1 1
, , α
Bukti: Karena f ∈HP
( )
E,α denganprimitif-HP fungsi f pada E,
U
p k Ek E1
=
=
dengan 0 0 =0/
I
j i EE untuk setiap i≠ j, diperoleh
( )
(
)
(
)
(
)
(
)
( )
( )
( )
(
, ,)
....
, , ... , ,
, ,
1 1
1 1
1 1
∑
∑
= =
= =
= =
+ + =
+ + =
=
=
p
k p
k k
p p p
k k p
k k
A f x
E F
E F E
F
E f x E
f x
E f
x E F E F
α
α α
α
U
U
Selanjutnya berdasarkan Definisi 1.3. maka integral Henstock-Pettis terhadap pada E dapat juga dinyatakan seperti dalam teorema berikut.
Teorema 2.5. Fungsi f ∈HP
(
E,α)
jika dan hanya jika terdapat fungsi adiktif sehingga untuk setiap bilangan ∈ > 0 yang diberikan dan x∗∈X∗ dapat ditemukan fungsi positif δ pada E sehingga jika A⊂E sel dan D={
(
D,x)
}
partisi Perron δ-fine pada A berlaku( ) ( ) ( )
(
−)
<∈.∑
x∗ f xα D F DTeorema 2.6. ( Lemma Henstock )
Diberikan X ruang Banach dan X∗ ruang
dualnya, volume α pada Rn dan sel E⊂Rn. Jika f ∈HP
( )
E,α dengan primitif F, yaitu untuk setiap bilangan ∈>0 dan x∗∈X∗ terdapatlah fungsi positif δ pada Esehingga jika A⊂E sel dan D=
{
( )
D,x}
partisi Perron δ-fine pada A berlaku( )
D∑
x∗(
f( ) ( ) ( )
xα D −F D)
<∈maka untuk setiap jumlahan bagian
∑
1dan( )
DΣ berlaku( )
∑
∗(
( ) ( ) ( )
−)
<∈1x f x D F D
D α
Teorema 2.7. ( Teorema Kekonvergenan Seragam ) Diberikan fungsi volume α pada Rn, sel E⊂Rn dan f HP
( )
E,αn∈ untuk setiap n. Jika untuk setiap sel A⊂E barisan fungsi
{ }
fn konvergen lemah seragam ke suatu fungsi f pada A, maka( )
E,αHP
f ∈ dan
(
f,A,α)
limx(
f ,A,α)
x n
n→∞
= .
Bukti : Diberikan A⊂E sel sebarang. Barisan fungsi
{ }
fn konvergen lemah seragam ke f pada A jika untuk setiap bilangan ∈>0 dan terdapat bilangan asli( )
∈ ∗=m x
m , sehingga jika n≥m berlaku
( )
( )
1 4 +
∈ <
− ∗
∗
α
x f x x f
x n .
Untuk setiap x∈A⊂E.
Fungsi fn∈HP
( )
E,α jika untuk setiap bilangan ∈ > 0 tersebut dan x∗∈X∗ terdapat fungsi positif δn-fine pada Aberlaku
( )
(
)
−( )
∑
∗( ) ( )
<∈∗
D x f x D x
x f A n
n, ,α α
dan
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
4
∈ < −
∑
∗∑
∗D x f x D D x f x
P n α n α
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( )
<∈+ ∈ + ∈ + + ∈ < − + − + − ≤ −
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ A A D x f x D D x f x D D x f x D D x f x P D x f x P D x f x P D x f x D D x f x P m m m m α α α α α α α α α α α α 1 4 4 1 4Hal ini menunjukkan bahwa x∗f terintegral Henstock pada A dan untuk A⊂Esel di atas jadi terdapat vektor x
(
f,A,α)
∈X sehingga ( )(
)
( )
∫
∗ ∗ = A Af H x fd
x
x , ,α α
Dengan kata lain, f ∈HP
( )
E,α . Selanjutnya, karena f ∈HP( )
E,α . Jadi terdapat fumgsi positif δ1 pada E sehinggauntuk A⊂E sel dan jika =
{
(
D,x)
}
partisi Perron δ1-fine pada A berlaku( )
(
)
−( )
∑
∗( ) ( )
<∈∗ x Q x f x D x f,A,α α
Untuk setiap n tetap dan n ≥ m, dipilih
( )
x{
δ( ) ( )
x δn x}
δ =min 1 , untuk setiap x∈E. Untuk A⊂ E sel di atas dan jika J sebarang partisi Perron pada A, diperoleh
( )
(
)
(
( ))
( )(
)
( )
( ) ( )
( )
( ) ( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
(
( ))
( )
+( )
+∈<∈ ∈ + ∈ < − + − + − ≤ −∑
∑
∑
∑
∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ 4 1 4 4 , , , , , , , , A A x x D x f x J D x f x J D x f x J D x f x J x x x x x x A f n n A f A f A f n n α α α α α α α α α αDengan kata lain terbukti
(f,A,α) limn x(fn,A,α)
x
∞ →
=
Teorema 2.8. (Teorema kekonvergenan Monoton) Diberikan fungsi volume α pada Rn , sel E ⊂ Rn, dan fn∈HP
( )
E,α untuk setiap n, dan{ }
fn monoton lemah pada E. Jika untuk setiap sel A ⊂ E barisan fungsi{ }
fn konvergen lemah ke f pada A dan untuk setiap x∗∈X∗, limn x(
x(fn,A,α))
∗ ∞
→ ada
maka f ∈HP
( )
E,α dan(f,A,α) limn x(fn,A,α)
f
∞ →
= .
Bukti : Diambil sebarang bilangan ∈>0
dan ∗∈ ∗ X
x . Cukup dibuktikan untuk kasus barisan fungsi
{ }
fn yang naik monoton lemah pada A untuk setiap A⊂ E caranya sama. Menurut yang diketahui terdapat( )
(
, ,α)
limn x xfn A
a= →∞ ∗ . Karena barisan fungsi
{ }
fn naik monoton lemah pada A, maka barisan{
x(fn,A,α)}
naik monoton lemahdengan a sebagai batas atas terkecilnya. Jadi untuk bilangan ∈ > 0 tersebut dan x*
∈ X*, dapat dipilih bilangan asli n0 = n0 (∈, x*) sehingga jika n ≥ n0 berlaku
( )
(
)
4 , , ∈ < − ∗ α A f x x aKarena barisan fungsi
{ }
fn konvergen lemah f pada A, maka untuk setiap bilangan∈ > 0 di atas, x∗∈X∗ dan x∈A⊂E. Terdapat bilangan asli mo =mo
(
∈,x∗,x)
sehingga jika n≥moberlaku( )
( )
( )
1 4 + ∈ < − ∗ ∗ A x f x x f x n αKarena fn ∈HP(E,α) untuk setiap n, maka untuk setiap bilangan ∈ > 0 di atas dan x*∈X* terdapat fungsi positif δn pada E
sehingga untuk A ⊂ E. sel di atas dan untuk setiap partisi Perron δn-fine Dn=
{
(
D,x)
}
pada A berlaku( )
( ) ( )
(
( , ,))
12+
∗
∗ − < ∈
∑
f A nn x f x D x x
D α α
Dibentuk fungsi positif δ pada E dengan rumus
( )
x =δm(∈,x∗x)δ
untuk setiap x∈E dan x*∈ X* dengan
(
x x)
{
n( ) (
x m x x)
}
25
untuk A ⊂ E sel di atas dan jika(
) (
)
(
)
{
D x D x Dp xp}
D= 1, 1 , 2, 1,... , Partisi Perron
δ-fine pada A berlaku
( )
( ) ( )
( ) ( )
( ) ( )
( )( ) ( )
{
}
( )( ) ( )
( )
( )( ) ( )
( )( ) ( )
( )
+( )
+ ∈ +∈<∈+∈+∈=∈ ∈ < − + − + + − < − + − + − ≤ = −∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∑
∞ = + = = ∗ = ∗ ∈ ∗ = ∈ ∗ ∗ = ∗ = ∗ ∈ ∗ = ∈ ∗ = ∗ ∗ ∈ ∗ ∈ ∗ ∗ ∗ ∈ ∗ ∈∗ ∗ ∗ 4 2 4 4 2 1 4 1 1 11 , ,
1 , ,
, , 1
, ,
1 , ,
1 , ,
, , 1 , , 1 , , , , , , , , , n n p i i p
i f D
p
i f D
i x x m p i i x x m i p
i f D
p
i f D
i i x x m p i i i x x m i i p i i i D A a x x x x D x f x D x f x x f x a x x x x D x f x D x f D x f x D x f x a D x f x D i i x x m i i x x m i i i i x x m i i x x m i i α α α α α α α α α α α α α
Dari uraian di atas berarti x*f terintegral Henstock pada E dan untuk sel A ⊂ E di atas terdapat vektor x(f,A,α)∈X sehingga
( )
(
)
( )
∫
∗∗ =
A A
f H x fd
x
x , ,α α
Jadi f ∈HP
( )
E,α , dan( )
(
x)
x(
x( ))
ax f A
n A
f = n =
∗ ∞ → ∗ α α ,, , , lim
Dengan kata lain,
(f,A,α) limn x(fn,A,α)
x
∞ →
=
Teorema 2.9. ( Lemma Fatou )Diberikan fungsi volume α pada Rn , dan sel E ⊂ Rn fungsi fn∈HP
( )
E,α untuk setiap n. Jika untuk setiap sel A ⊂ E barisan fungsi{ }
fn konvergen lemah ke fungsi f pada A dan( )
≥0∗f x
x n h.d pada A untuk setiap n maka
( )
(
x
f,A,α)
lim
inf
x
(
x
(fn,A,α))
x
∗≤
∗Bukti : Diberikan A ⊂ E sel sebarang. Dibentuk fungsi hn untuk setiap n dengan rumus
( )
i n in x f
h ≥
=inf
untuk setiap x∈A⊂E. Oleh karena itu untuk setiap sel A ⊂ E di atas diperoleh barisan fungsi naik monoton lemah
{ }
hn pada A dan x∗hn( )
x ≤x∗fn( )
x untuk setiapE A
x∈ ⊂ dan x∗∈X∗. Selanjutnya ,
( )
(
,,α)
lim(
( , ,α))
limn x xhnA n x xfnA ∗ ∞ → ∗ ∞ → ≤
dan barisan fungsi
{ }
hn konvergen lemah ke f. Karena limn x(
x(hn,A,α))
∗ ∞
→ ada, maka
menurut Teorema Kekonvergenan Monoton, f ∈HP
( )
E,α dan( )
(
xf,A,α)
limn x(
x(hn,A,α))
liminfx(
x(fn,A,α))
x ∗ ∗
∞ →
∗ = ≤
dengan kata lain,
( )
(
xf,A,α)
liminfx(
x(fn,A,α))
x ≤ ∗
Akibat dari Lemma Fatou ini diperoleh Teorema Kekonvergenan Terdominasi Lebesgue, disajukan berikut ini.
Teorema 2.10. ( Teorema Kekonvergenan Terdominasi lebesgue ) Diberikan fungsi volume α pada Rn, dan sel n dan
R E⊂
(
,α)
,9 fn∈HP E . Jika untuk setiap sel A ⊂ E barisan
{ }
fn konvergen lemah ke f pada A dan x∗fn( )
x ≤x∗9( )
x untuk setiap n, x*∈ X* dan x∈A maka, f ∈HP( )
E,α dan(f,A,α) limn x(fn,A,α)
x
∞ →
=
Bukti : Diberikan A ⊂ E sel sebarang. Karena
( )
x x f( )
x fx∗ n = ∗ untuk setiap
∗ ∗∈
⊂
∈A E x X
x , dan x fn
( )
x x 9( )
x ∗setiap n, diperoleh x∗9
( )
x −x∗fn( )
x ≥0 dan barisan{
x∗(
9− fn)
}
konvergen ke ( 9 – f ) pada A. Oleh karena itu menurut Lemman Fatou,( )
(
x9 f,A,α)
liminfx(
x(9 fn,A,α))
x∗ − ≤ ∗ −
Karena −x∗9
( )
x ≤x∗f( )
x ≤ x∗9( )
x utuk setiap, , ∗∈ ∗
⊂
∈A E x X
x dan 9∈HP
( )
E,α , maka( )
E,αHP
f ∈ dan
( )
(
)
(
( ))
(
( ))
( )(
)
( )(
)
(
( ))
{
}
( )
( )
{
}
( )
( )
( )
( )
( )(
α)
(
( α))
α α α α α α α α α α α α , , , , 9 , , , , 9 , , 9 , , 9 , , , , 9 sup lim sup lim 9 inf lim 9 inf lim 9 inf lim inf lim inf lim 0 A f A A n A A n AA A n
A f A A f A f A f A n n n x x x x d f x H d x H d f x H d x H d f x H d x H x x x x x x x x x x x x ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ − ∗ ∗ − ∗ − ∗ ∗ ∗ − = − = − + = − + = − = ≤ = − ≤
∫
∫
∫
∫
∫
∫
Dari sini diperoleh,
Lim sup x
(
x(fn,A,α))
≤(
x(f,A,α))
∗ (1)
Selanjutnya untuk x∗9
( )
x +x∗fn( )
x ≥0diperoleh( )
(
)
(
( ))
(
( ))
( )(
)
( )(
)
(
( ))
{
}
( )
( )
{
}
( )
( )
( )
( )
( )(
α)
(
( α))
α α α α α α α α α α α α , , 9 , , , , 9 , , , , 9 , , 9 , , , , 9 inf lim 9 inf lim 9 inf lim 9 inf lim inf lim inf lim 0 A A f A A n A A nA n A
A A f A f A f A f A x x x x d x H d f x H d x H d f x H d x H d f x H x x x x x x x x x x x x n n n ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ + ∗ + ∗ ∗ ∗ + = + = + = + = + = ≤ = + ≤
∫
∫
∫
∫
∫
∫
atau ( )(
xf,A,α)
liminfx(
x(fn,A,α))
∗
≤ (2)
dari (1) dan (2) diperoleh
( )
(
x)
x(
x( ))
ax f A
n A
f = n =
∗ ∞ → ∗ α α ,, , , lim
dengan kata lain,
(f,A,α) limn x(fn,A,α)
x
∞ →
=
Teorema 2.11. ( Teorema Kekonvergenan Terbatas ). Diberikan fungsi volime α pada Rn, dan sel E⊂Rn dan 9,f HP
(
E,α)
n∈ .
Jika untuk setiap sel A⊂E barisan
{ }
fn konvergen lemah ke f pada A dan( )
x M fx n ≤
∗ untuk setiap n x∗∈X∗
, dan A
x∈ maka, f ∈HP
( )
E,α dan(f,A,α) limn x(fn,A,α)
x
∞ →
=
4. KESIMPULAN
Berdasarkan pembahasan dalam bab-bab sebelumnya kesimpulan bahwa beberapa sifat integral Henstock masih berlaku untuk integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn.
Demikian juga untuk teorema kekonvergenan integral Henstock, yaitu Teorema Kekonvergenan Seragam, Teorema Kekonvergenan Monoton, Lemma Fatau, Teorema Kekonvergenan Tedominasi Lebesgue, dan Teorema Kekonvergenan terbatas masih berlaku untuk integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn.
Teori integral Henstock-Pettis dalam tulisan ini dapat dikembangkan antara lain kajian mengenai sifat-sifat primitif fungsi terintegral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn, dan aplikasi integral Henstock-Pettis pada ruang Euclide Rn serta aplikasi pada ilmu-ilmu atau bidang fisika dan kimia.
DAFTAR PUSTAKA
27
Indarti, Ch.R., 2002, Integral Henstock-Kurzweil pada ruang Euclide Rn berdimensi-n, Disertai, Universitas Gadjah Mada, Indonesia .
Gordon, R.A., 1994, The Integral of Lebesgue, Denjoy, Perron and Henstock, Mathematical Society, USA.
Guoju, Ye dan Tianqing, 2001, On Henstock-Dunford and Henstock-Pettis Integral, IJMMS, 25:7, Hindawi Publishing Corp. pp 467-478.
Guoju, Ye dan, Swabik.S, 2001, The MacShane and The Weak. MacShane Integral of Banach Space value Funchen Define On Rn, Mathematical Notes, Miscole, Vol, 2., No, 2., pp127-136.
Guoju, Ye, and Swabik.S, 2004, Topics in Banach Space Integration, Manuscrip in Preparation.
Indarti, Ch.R., 2002, Integral Henstock -Kurzweil pada ruang Euclide Rn berdimensi-n, Disertai, Universitas
Gadjah Mada, Indonesia .
Rahman, Hairur, 2005, Integral Henstock -Pettis pada ruang Euclide Rn, Tesis Universitas Gadjah Mada, Indonesia .
Lee, P.Y., 1989, Lanzhou Lectures On Henstock Integration, Word Scientific, Singapore.
Lee, P.Y. dan Vborn, R., 2000, Integral : An Easy Approach after Kurzweil and Henstock , Cambridge University Press.
Preffer, W.F., 1993, The Riemann Approach to Integration, Cambridge University Press, New York, USA.
Royden, H.L., 1989, Real Analysis, third edition, Macmillan Publishing Company, New York, USA.