Henri Lebesgue

Henri Léon Lebesgue (28. kesäkuuta 1875 Beauvais – 26. heinäkuuta 1941 Pariisi) oli ranskalainen matemaatikko, joka on tunnettu kehittämästään integraalikäsitteestä. Lebesguen integraali oli alun perin julkaistu hänen väitöskirjassaan Intégral, longueur, aire ("Integraali, pituus, pinta-ala"). Lebesgue väitteli Nancyn yliopistosta vuonna 1902.

Lebesguen isä työskenteli kirjapainossa latojana, ja hän kuoli tuberkuloosiin kun hänen poikansa oli vielä hyvin nuori. Lebesgue itse kärsi heikosta terveydestä koko ikänsä. Hänen äitinsä työskenteli väsymättään miehensä kuoleman jälkeen tukeakseen poikaansa. Hän oli luokkansa parhaita peruskoulussa ja jatkoi myöhemmin École Normale Supérieuressa.

Lebesgue meni naimisiin erään opiskelijakaverinsa siskon kanssa ja sai hänen kanssaan kaksi lasta, Suzannen ja Jacquesin. Hän jatkoi väitöskirjansa kirjoittamista samalla kun hän opetti Nancyssä ala-astelaisia.

Lebesguen integraali 

Tämä artikkeli kertoo Lebesguen integraalista historiallisesta näkökohdasta. Katso artikkelia mittateoria jos haluat lukea aiheesta matemaattisemmasta näkökulmasta.

Integrointi on matemaattinen operaatio, jolla pystytään esimerkiksi määrittämään funktion kuvaajan ja koordinaattiakseleiden väliin jäävien alueiden pinta-aloja. Integrointiteoriaa kehitti ensimmäisenä Arkhimedes 200-luvulla ennen ajanlaskun alkua täyttämällä alueita säännöllisillä monikulmioilla, mutta tätä metodia voitiin hyödyntää vain tapauksiin, joissa esiintyi geometristä säännönmukaisuutta. 1600-luvulla Isaac Newton ja Gottfried Leibniz keksivät toisistaan riippumatta, että integraalit ovat sellaisten funktioiden etsimistä, joilla on annettu derivaatta. Tämä antoi matemaatikoille ensimmäistä kertaa mahdollisuuden määrittää monien funktioiden integraalit. Toisin kuin Arkhimedeen metodilla, Newtonin ja Leibnizin integraalilaskennalla ei ollut vahvaa pohjaa.

1800-luvulla Cauchy kehitti viimein raja-arvon täsmällisen määritelmän ja Bernhard Riemann jatkoi idean kehittelyä kehittämällä Riemannin integraalin. Tässä integraalikäsitteessä on ideana täyttää funktion ja koordinaattiakseleiden suuntaisten suorien rajaama alue suorakulmioilla kahdella tavalla: ensiksi siten, että kukin suorakulmio sisältyy kokonaan alueen sisään ja sitten siten, että jokainen alueen piste kuuluu johonkin suorakulmioon. Jos jakoa tihennettäessä rajatta näiden suorakulmiokokoelmien yhteiset pinta-alat yhtyvät, on annettu funktio Riemann-integroituva. Tämä ei toteudu kaikkien funktioiden kohdalla, joten kaikki funktiot eivät ole Riemann-integroituvia.

Lebesgue kehitti uuden menetelmän ratkaistakseen tätä ongelmaa. Kun aiemmat integraalikäsitteet pyrkivät tarkastelemaan integroituvuutta lähtöjoukon perusteella, Lebesguen integraali tarkastelee integroituvuutta maalijoukon perusteella.  Lebesguen idea oli ensiksi kehittää integraali niin sanotuille yksinkertaisille funktioille, mitallisille funktioille jotka saavat vain äärellisen monta arvoa. Tällöin monimutkaisempien funktioiden integraalit saadaan approksimoimalla funktioita yksinkertaisilla funktioilla ja ottamalla supremum näiden funktioiden integraaleista.

Lebesguen integraalilla on se ominaisuus, että kaikki Riemann-integroituvat funktiot ovat myös Lebesgue-integroituvia, ja tällaisissa tapauksissa integraalit yhtyvät. On kuitenkin olemassa monia funktioita, joilla on olemassa Lebesguen integraali mutta ei Riemannin integraalia.

Kehittäessään Lebesguen integraalia Lebesgue keksi niin sanotun Lebesguen mitan käsitteen, joka yleistää tietyn välin pituuden käsitteen hyvin suurelle joukkokokoelmalle, mitallisille joukoille. Lebesguen tekniikkaa yhdistää mitat integraalikäsitteeseen voidaan helposti yleistää moniin muihinkin tilanteisiin, ja tätä matematiikan osa-aluetta kutsutaan mittateoriaksi.

Lebesguen integraali on riittämätön yhdessä suhteessa. Riemannin integraali on yleistetty epäoleelliseksi Riemannin integraaliksi, jolla voidaan integroida funktioita, joiden määrittelyjoukko on avoin väli suljetun välin sijasta. Lebesguen integraalilla pystytään integroimaan monia avoimella välillä määriteltyjä funktioita, vaikkakaan ei kaikkia. Henstockin integraali on vielä Lebesguen integraaliakin yleisempi integraali, joka perustuu enemmänkin Riemannin integraalin käsitteeseen kuin Lebesguen integraaliin, jossa on pyritty välttämään joitakin Lebesguen integraalin ja määräämättömän Riemannin integraalin ominaisuuksia. Kuitenkin Henstockin integraali käyttää hyväkseen tiettyjä reaaliakselin ominaisuuksia, eikä yleisty niin hyvin kuin Lebesguen integraali.

Lebesguen muut saavutukset 

Väitöskirjansa lisäksi Lebesgue kirjoitti kaksi kirjaa, Leçons sur l'intégration et la recherché des fonctions primitives (1904) ja Leçons sur les séries trigonométriques (1906) muiden julkaisujensa lisäksi.

Vaikka Lebesguen integraali oli esimerkki varsin merkittävästä yleistyksestä, Lebesgue ei muuten yleistänyt tuloksia merkittävästi ja tutkikin yleisesti ottaen tarkasti rajattujen ongelmien parissa. Hänen tutkimuksensa liittyivät yleensä analyysiin. 
Hän kirjoittikin: "Réduites à des théories générales, les mathématiques seraient une belle forme sans contenu" ("Keskittymällä yleisiin lauseisiin matematiikka olisi kaunista mutta ei tyydyttävää").

Katso myös
 Dominoidun konvergenssin lause 
 Monotonisen konvergenssin lause
 Lebesguen peitedimensio
 Lebesguen piste
 Lebesguen differentioituvuuslause

Kirjallisuutta

Lähteet

Aiheesta muualla 

 Lebesguen elämäkerta
 Henri Léon Lebesgue (28 juin 1875 [Rennes] – 26 juillet 1941 [Paris]) (ranskaksi)
 Henri Léon Lebesgue  Lebesguen julkaisuluettelo ja linkit skannattuihin PDF dokumentteihin.

Ranskalaiset matemaatikot
Ranskan tiedeakatemian jäsenet
Royal Societyn ulkomaiset jäsenet
Vuonna 1875 syntyneet
Vuonna 1941 kuolleet