「よい集合の原理」で測度の一致を確かめる(π-λ 定理と単調族定理)
2 つの測度が 加法族の全体で一致することを、直接確かめるのは無理です。ボレル集合は書き下せないほど多い。
代わりに、生成する小さい族の上で一致することだけを見ます。それで全体が決まる。ディンキンの - 定理がその保証を与えます[1]。
条件は 2 つ。小さい族が有限交叉で閉じていること、そして「一致する集合の全体」が 系になっていること。どちらも確かめやすい形をしています。
系
集合族 が有限交叉で閉じているとき、 系といいます。
条件はこれだけ。 の半直線 の全体、区間 の全体、長方形の全体などが 系になります。
どれもボレル集合族を生成します。 系は「生成系として使いやすい形に整えたもの」だと思えば済む。
系
次の 3 条件を満たす族を 系、またはディンキン系といいます[3]。
加法族より弱い条件です。合併について要求しているのは増加列だけで、勝手な可算合併では閉じていなくてよい。
なぜこの形かというと、測度の性質がちょうどこの 3 つに対応するためです。全体の値、差の値、下からの連続性。
加法族は両方を兼ねる
系でも 系でもある族は、 加法族になります[1]。逆も明らかなので、両者は同値です。
証明は補集合と有限合併を作るだけ。 は条件 2 から、 は 系の性質からできます。
可算合併は、有限合併の増加列として条件 3 で拾えます。3 つの条件が過不足なく効いている形。

ディンキンの - 定理
を 系、 を 系とし、 とします。このとき次が成り立ちます[1]。
シェルピニスキとディンキンの名前が付いています。証明は、 を含む最小の 系が 系でもあることを示す形。
そこまで示せば前の節から 加法族になり、 を含むと分かります。
よい集合の原理
使い方はいつも同じ形をしています[3]。示したい性質を持つ集合の全体を と置き、次の 2 つを確かめる。
生成系 のすべての元が性質を持つ
性質を持つ集合の全体が 系である
のすべての元が性質を持つ
「よい集合の原理」と呼ばれる型です。 加法族の元を 1 つずつ調べる代わりに、族の形だけを見る。
測度の一意性定理
を 系、 と を 上の測度とします。 の上で値が一致し、さらに次を満たす列があるとします。
このとき と は の全体で一致します[1]。
証明は が 系であることを見るだけ。差の条件は有限性から引き算ができて、増加列の条件は下からの連続性から出ます。
なので 。あとは で下からの連続性を当てれば終わりです。
例:分布関数が測度を決める
上の確率測度 に対し、 を分布関数といいます。
半直線の全体は 系で、ボレル集合族を生成します。 が増加列で全体を覆い、測度は有限。
したがって が一致すれば が一致します。分布関数 1 本で確率測度が決まる、という事実の根拠がこれです。
ルベーグ測度が区間の長さで決まることも、同じ議論で出ます。
例: 系でないと崩れる
を 4 点集合とし、生成系を とします。
を一様測度、 を と に ずつ置いた測度とします。 の元では両方とも で一致。
ところが で値が分かれます。
は交叉で閉じていません。閉じていないだけで、一意性は壊れます。
3 つの集合では一致し、 で初めて分かれます。生成系を 系にしておかないと、この穴が塞げません。
単調族定理
似た役割をする定理がもう 1 つあります[2]。単調族とは、増加列の合併と減少列の共通部分で閉じた族のこと。
代数 (有限合併と補集合で閉じた族)を含む最小の単調族は、 と一致します。
- 定理と比べると、生成系に課す条件が強く、族に課す条件が弱い。どちらを使うかは、確かめやすいほうで決めます。
生成系は有限交叉だけ。族には差と増加合併を求める
生成系に代数であることを求める。族には増加と減少の両方を求める
関数版の単調族定理
集合ではなく関数で使う形もあります[2]。 系 の元の指示関数を含み、線形で、有界な単調極限で閉じた関数の族 を考えます。
このとき は、 可測な有界関数をすべて含みます。
フビニの定理の証明で、切り口の可測性を示すときに使われる形です。指示関数で確かめて、単関数、非負可測関数、可積分関数へと持ち上げる筋道。
例:独立性の判定
確率論では、 加法族の独立性を生成系だけで確かめます。
、 を 系とし、その元どうしで が成り立つとします。すると と が独立になる。
確率変数の独立性を分布関数だけで判定できるのは、この事実によります。 系であることが効く場面。
測度の一意性を生成系から言うために、生成系 に必要な条件はどれですか。
- 補集合で閉じていること
- 有限交叉で閉じていること
- 可算合併で閉じていること
- 差集合で閉じていること












π 系、つまり有限交叉で閉じていることが要ります。4 点集合の例のように、交叉で閉じていない族では 2 つの測度が生成系で一致しながら全体では分かれます。