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Probar que esta función es finita en casi todas partes

Deje $F$ ser un subconjunto cerrado de $[0,1]$ positivas de la medida de Lebesgue. Deje $\delta(x)$ se define como $\delta(x) = \operatorname{dist}(x, F)$. Considere la posibilidad de $$M(x) = \int_{0}^{1}\frac{\delta(y)}{|x -y|^2} \, dy$$ Demostrar que para casi cada punto de $x \in F$, $M(x) < \infty$.

Mis pensamientos hasta el momento son los siguientes: queremos mostrar que $M \in L^{1}(F)$, lo cual es más que suficiente para completar la prueba. Por lo tanto, considere la posibilidad de $$\int_{F} \int_{0}^{1}\frac{\delta(y)}{|x -y|^2} \, dy \,dx$$ Desde aquí, me gustaría continuar utilizando el Teorema de Fubini para cambiar el orden de integración para $$\int_{0}^{1}\int_{F} \frac{\delta(y)}{|x -y|^2} \, dx \,dy$$ A partir de aquí, no estoy muy segura de qué hacer.

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user609441 Puntos 18

Tenga en cuenta que $$ M (x) = \ int_ {F ^ c \ cap I} \ frac {\ delta (y)} {| xy | ^ 2} dy$$ where $ I = [0,1] $ . Por lo tanto, según el teorema de Tonelli, tenemos $$ \begin{eqnarray} \int_F M(x)dx &=& \int_{F^c\cap I}\delta(y)\left(\int_F\frac{1}{|x-y|^2}dx\right)dy\\ &\le&\int_{F^c\cap I}\delta(y)\left(\int_{|z|\ge \delta(y)}\frac{1}{|z|^2}dz\right)dy\\ &= &\int_{F^c\cap I}\delta(y)\frac{2}{\delta(y)}dy= 2|F^c \cap I| \le 2. \end {eqnarray} $$

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