{"id":2162,"date":"2001-04-06T00:00:00","date_gmt":"2001-04-05T22:00:00","guid":{"rendered":""},"modified":"-0001-11-30T00:00:00","modified_gmt":"-0001-11-29T22:00:00","slug":"2162","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/2162\/","title":{"rendered":"Ho sentito che \u00e8 possibile integrare una funzione che vale zero per i razionali e uno per gli irrazionali, \u00e8 vero?\r\n\r\nCi\u00f2 mi lascia molto perplesso. Quanto farebbe l&#8217;integrale tra zero e uno di tale funzione? Se esistesse esso darebbe una misura della &#8220;densit\u00e0&#8221; degli irrazionali nei numeri reali (!), avrebbe senso tutto ci\u00f2? Mi sembra impossibile che si possa affermare che tra zero e uno ci sono pi\u00f9 irrazionali che razionali, o viceversa, \u00e8 lo stesso, forse le mie perplessit\u00e0 nascono da un preconcetto e d&#8217;altronde non ho le conoscenze matematiche per confermare o smentire tale affermazione&#8230; Potreste chiarirmi questo curioso dubbio?"},"content":{"rendered":"<p align=\"justify\"><i>Ci\u00f2 mi lascia molto perplesso.  Quanto farebbe l&#8217;integrale tra<br \/>\nzero e uno di tale funzione?  Se esistesse esso darebbe una misura della<br \/>\n&#8220;densit\u00e0&#8221; degli irrazionali nei numeri reali (!), avrebbe senso tutto ci\u00f2?  Mi<br \/>\nsembra impossibile che si possa affermare che tra zero e uno ci sono pi\u00f9<br \/>\nirrazionali che razionali, o viceversa, \u00e8 lo stesso, forse le mie perplessit\u00e0<br \/>\nnascono da un preconcetto e d&#8217;altronde non ho le conoscenze matematiche per<br \/>\nconfermare o smentire tale affermazione&#8230;  Potreste chiarirmi questo curioso<br \/>\ndubbio? <\/i><\/p>\n<p align=\"justify\">A supporto delle perplessit\u00e0 del nostro lettore, va<br \/>\ndetto subito che questo problema non ammette una risposta netta n\u00e9<br \/>\nimmediata.  In effetti, l&#8217;integrabilit\u00e0 della funzione citata dipende da<br \/>\ncome si decide di definire l&#8217;operatore &#8220;integrale&#8221;: dobbiamo quindi spendere<br \/>\nqualche parola per precisare questo concetto. <\/p>\n<p align=\"justify\">\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0L&#8217;integrale nasce<br \/>\ndall&#8217;esigenza di calcolare l&#8217;area compresa tra una funzione e l&#8217;asse delle<br \/>\n<i>x<\/i> in orizzontale e tra due due rette verticali arbitrarie situate alle<br \/>\ncoordinate <i>a<\/i> e <i>b<\/i>.  La pi\u00f9 famosa definizione di integrale<br \/>\n\u00e8 quella che viene insegnata anche nella scuola superiore, cio\u00e8<br \/>\nl&#8217;<i>integrale di Riemann<\/i>: l&#8217;idea \u00e8 quella riassunta nella figura 1.<br \/>\nIn pratica, dividiamo l&#8217;intervallo [<i>a<\/i>,\u00a0<i>b<\/i>] in intervalli<br \/>\npi\u00f9 piccoli che usiamo come base di altrettanti rettangoli; come altezze<br \/>\ndegli stessi rettangoli, prendiamo ora il valore massimo e ora il valore minimo<br \/>\nassunti dalla funzione nei rispettivi intervalli, ottenendo cos\u00ec le figure<br \/>\ncostituite dai rettangoli viola e dai rettangoli gialli (la mia insegnante di<br \/>\nliceo le chiamava &#8220;plurirettangolo esterno&#8221; e &#8220;plurirettangolo interno&#8221;, ma non<br \/>\nho mai veramente digerito l&#8217;ampollosit\u00e0 del termine). Nel caso in cui le<br \/>\naree delle figure che otteniamo si avvicinino a un valore comune a mano a mano<br \/>\nche si &#8220;infittisce&#8221; la partizione dell&#8217;intervallo [<i>a<\/i>,\u00a0<i>b<\/i>],<br \/>\nquesto valore comune deve necessariamente essere l&#8217;area della figura di piano<br \/>\nche ci interessa misurare. <\/p>\n<p><center><img decoding=\"async\" alt=\"\" src=\"..\/..\/esperti\/mat\/ifzero\/Integrale.gif\"\/><br \/>\n<br \/><font size=\"-1\">Figura 1.  L&#8217;Integrale di Riemann.<\/font><\/center><\/p>\n<p align=\"justify\">Seguendo questa costruzione, \u00e8 evidente che la funzione<br \/>\ncitata dal lettore non pu\u00f2 essere integrabile sull&#8217;intervallo<br \/>\n[0,\u00a01].  Infatti, comunque si prendano gli &#8220;intervallini&#8221; in cui si<br \/>\nsuddivide l&#8217;intervallo [0,\u00a01], in ogni piccolo intervallo saranno compresi<br \/>\nalmeno un punto razionale e uno irrazionale: di conseguenza, i valori estremi<br \/>\nassunti dalla funzione su ogni intervallino saranno sempre 0 e 1 e, quindi,<br \/>\nl&#8217;area delle due figure &#8220;approssimanti&#8221; sar\u00e0 sempre, rispettivamente, 0<br \/>\ne 1. <\/p>\n<hr width=\"50%\"\/>\n<p align=\"justify\">Molto diversa, invece, \u00e8 la definizione di <i>integrale<br \/>\ndi Lebesgue<\/i>, di cui cerchiamo di dare un&#8217;idea intuitiva senza pretesa di<br \/>\neccessivo rigore n\u00e9 di completezza; rimandiamo comunque a un testo di<br \/>\nanalisi matematica per l&#8217;universit\u00e0 per tutti i dettagli.  L&#8217;idea<br \/>\n\u00e8 quella di cercare un modo diverso per &#8220;approssimare&#8221; la funzione<br \/>\ntramite funzioni &#8220;semplici&#8221;, e tale modo \u00e8 quello di operare una<br \/>\npartizione dell&#8217;insieme delle immagini invece che del dominio. <\/p>\n<p align=\"justify\">\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0Supponiamo, per esempio,<br \/>\ndi voler integrare tra <i>a<\/i> e <i>b<\/i> una funzione limitata, cio\u00e8<br \/>\nuna funzione che assume valori compresi nell&#8217;intervallo<br \/>\n[<i>m<\/i>,\u00a0<i>M<\/i>].  Possiamo allora considerare una partizione di<br \/>\nquesto insieme dei valori in <i>n<\/i> intervalli<br \/>\n[<i>y<sub>i<\/sub><\/i><sub>-1<\/sub>,\u00a0<i>y<sub>i<\/sub><\/i>] dove i punti<br \/>\n<i>y<sub>i<\/sub><\/i> sono presi in modo tale che <\/p>\n<p align=\"center\"><i>m<\/i>\u00a0=\u00a0<i>y<\/i><sub>0<\/sub>\u00a0&lt;\u00a0<i>y<\/i><sub>1<\/sub>\u00a0&lt;\u00a0&#8230;\u00a0&lt;\u00a0<i>y<sub>n<\/sub><\/i>\u00a0=\u00a0<i>M<\/i><\/p>\n<p align=\"justify\">e ripartire il dominio in <i>n<\/i> insiemi<br \/>\n<i>D<\/i><sub>1<\/sub>,\u00a0&#8230;,\u00a0<i>D<sub>n<\/sub><\/i> tali che i valori di<br \/>\n<i>x<\/i> compresi nell&#8217;<i>i<\/i>-esimo insieme siano esattamente quelli<br \/>\ndell&#8217;intervallo [<i>a<\/i>,\u00a0<i>b<\/i>] per cui la funzione assume valori<br \/>\ncompresi nell&#8217;intervallo [<i>y<sub>i<\/sub><\/i><sub>-1<\/sub>,\u00a0<i>y<sub>i<\/sub><\/i>].<br \/>\nSe ora \u00e8 possibile conoscere in qualche senso la &#8220;misura&#8221;<br \/>\n<i>a<sub>i<\/sub><\/i> di ognuno degli insiemi <i>D<sub>i<\/sub><\/i>, l&#8217;area della<br \/>\nregione di piano in considerazione (che chiamiamo ancora &#8220;integrale da <i>a<\/i><br \/>\na <i>b<\/i> di <i>f<\/i>(<i>x<\/i>)&#8221;) soddisfa le disequazioni <\/p>\n<p><center><img decoding=\"async\" alt=\"\" src=\"..\/..\/esperti\/mat\/ifzero\/eq001.gif\"\/><\/center><\/p>\n<p align=\"justify\">cos\u00ec che l&#8217;integrale esiste, come accade con<br \/>\nl&#8217;integrale di Riemann, se &#8220;infittendo&#8221; la partizione dell&#8217;insieme delle<br \/>\nimmagini le due quantit\u00e0 a sinistra e a destra della disequazione qui<br \/>\nsopra convergono allo stesso valore. <\/p>\n<p align=\"justify\">\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0Il vantaggio<br \/>\ndell&#8217;integrale di Lebesgue rispetto a quello di Riemann sta nel fatto che in<br \/>\ngenerale \u00e8 molto pi\u00f9 facile definire la misura di un sottoinsieme<br \/>\ndel dominio di quanto non sia &#8220;ingabbiare&#8221; una funzione &#8220;dentro&#8221; e &#8220;fuori&#8221; da<br \/>\ndelle opportune unioni di rettangoli.  Sull&#8217;insieme dei numeri reali, per<br \/>\nesempio, \u00e8 definita la <i>misura di Lebesgue<\/i>, che permette di<br \/>\nvalutare l'&#8221;estensione&#8221; di un ampia famiglia di sottoinsiemi e che possiede la<br \/>\ndesiderabile propriet\u00e0 che la misura di un intervallo coincide proprio<br \/>\ncon la sua lunghezza. <\/p>\n<p align=\"justify\">\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0Rispetto a questa<br \/>\ndefinizione, si pu\u00f2 dimostrare che la funzione citata dal lettore<br \/>\n<i>\u00e8<\/i> integrabile.  \u00c8 immediato, in effetti, che l&#8217;integrale<br \/>\ndi Lebesgue della funzione considerata debba essere pari alla misura<br \/>\ndell&#8217;insieme dei numeri irrazionali compresi tra 0 e 1 (infatti, deve essere<br \/>\npari alla somma tra 0 volte la misura dell&#8217;insieme dei numeri razionali e 1<br \/>\nvolta la misura dell&#8217;insieme dei numeri irrazionali).  \u00c8 possibile, a<br \/>\nquesto punto, dimostrare che la misura dell&#8217;insieme dei numeri razionali<br \/>\nappartenenti a [0,\u00a01] \u00e8 0, perch\u00e9 tale \u00e8 la misura di<br \/>\nogni sottoinsieme numerabile dell&#8217;insieme dei numeri reali: allora, la misura<br \/>\ndell&#8217;insieme dei numeri irrazionali appartenenti a [0,\u00a01] \u00e8 pari<br \/>\nalla misura dello stesso intervallo [0,\u00a01], cio\u00e8 1.  L&#8217;integrale di<br \/>\nLebesgue da 0 a 1 della funzione in oggetto \u00e8 dunque 1. <\/p>\n<hr width=\"50%\"\/>\n<p align=\"justify\">Mi rendo conto che probabilmente questo risponde solo<br \/>\nparzialmente alla domanda del lettore.  In effetti, \u00e8 lecito anche<br \/>\nchiedersi come si possa affermare che i numeri irrazionali nell&#8217;intervallo<br \/>\n[0,\u00a01] siano in qualche senso &#8220;pi\u00f9&#8221; dei numeri reali.  Anche qui la<br \/>\nrisposta \u00e8 tutt&#8217;altro che banale e richiede una dettagliata trattazione<br \/>\nin termini di teoria della cardinalit\u00e0.  \u00c8 infatti possibile<br \/>\ndimostrare che i numeri razionali sono numerabili (per la definizione di<br \/>\nnumerabilit\u00e0 e per qualche cenno alla teoria della cardinalit\u00e0<br \/>\nrimando a una mia precedente <a href=\"http:\/\/www.vialattea.net\/esperti\/php\/risposta.php?num=603\">risposta<\/a>)<br \/>\nmentre i numeri reali hanno una cardinalit\u00e0 strettamente maggiore: da<br \/>\nquesto (e dal fatto che l&#8217;unione di due insiemi numerabili \u00e8 numerabile)<br \/>\nsi deduce che i numeri irrazionali hanno una cardinalit\u00e0 strettamente<br \/>\nmaggiore di quella dei numeri razionali e, quindi, che in qualche senso<br \/>\n\u00e8 ragionevole dire che i numeri razionali sono &#8220;meno numerosi&#8221; di quelli<br \/>\nirrazionali. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>[&#8230;]<\/p>\n","protected":false},"author":196,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[66],"tags":[],"class_list":["post-2162","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-analisi-matematica"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2162","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/users\/196"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2162"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2162\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2162"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2162"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.vialattea.net\/content\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2162"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}