Integrationsteori: Riemann vs. Lebesgue


Den integrationsteori som vanligen undervisas i grundläggande envariabel- och flervariabelanalyskurser vid universiteten använder sig av den så kallade Riemannintegralen. Å andra sidan används Lebesgueintegralen så fort man går bortom dessa inledande kurser, till stor förvirring för studenter. Ett stort problem för studenten är att Lebesgueintegralen inte bygger vidare på Riemannintegralen, utan man tvingas glömma bort det man lärt sig om Riemannintegralen och till stor del börja från början med Lebesgueintegralen.

Inspirerad av Böiers-Claessons "Analys för funktioner av flera variabler" från Lund 1986, skrev jag under augusti månad 2006 ett kompendium som utvecklar en pre-Lebesgueintegrationsteori som jag anser helt kan och bör ersätta Riemannintegralen inom grundläggande integrationsteori. Läsaren kanske tycker att detta är drömmerier, då Lebesgueintegralen är en tekniskt komplicerad historia. Här är mitt försvar. Jag pratar inte om att undervisa hela Lebesgueintegrationsteorin på grundnivå, jag säger pre-Lebesgueintegral. I praktiken behöver man endast integrera (styckvis) kontinuerliga funktioner, och för detta behöver man endast definiera måttet av öppna mängder (mängden under grafen till funktionen), vilket lätt låter sig göras. Detta till skillnad från den fulla Lebegueintegralen, som kan hantera varje tänkbar funktion, och för detta behöver man definiera måttet av varje tänkbar mängd. Fördelarna med pre-Lebegueintegralen över Riemannintegralen är många.
Här finns detaljerna att läsa:

Integrationsteori för kontinuerliga funktioner av flera variabler

Framsidan och sidan två. Se staplar-nisse i farten!

Kompendiet innehåller alla teoretiska detaljer för en fullständig uppbyggnad av pre-Lebesgueintegralen. Men givetvis kan denna integrationsteori läsas och undervisas på ett icke-teoretiskt sätt. Under min undervisningi Lund fick jag detta bekräftat med råge! Poängen är att teorin i kompendiet är baserad på ett par grundläggande begrepp och resultat som "måttet av öppna mängder", "skivformeln" och "stavformeln", som man lätt som lärare kan förklara för studenterna utan att gå in på detaljer, då resultaten är intuitivt uppenbara. Alla vet (tror sig veta?) vad volymen av en kropp är!
Då jag får tid framöver planerar jag att skriva ett kompendium som bygger upp den fullständiga Lebesgueintegrationsteorin, som en fortsättning på kompendiet ovan. Jag planerar även att skriva en version av kompendiet som är "icke-teoretiskt".

I oktober 2011 höll jag ett seminarium vid MAI, Linköping, om dessa idéer. Mina anteckningar har ni här:
Riemann eller Lebesgue?