Пусть дана функция
. Ее вариационной суммой назовем выражение

где
– некоторое разбиение отрезка
. Выражение
где супремум, взятый по всем разбиениям отрезка
, называется вариацией функции
на этом отрезке. Функция
называется функцией ограниченной вариации, если
.
Теорема 19.1. Линейная комбинация функций ограниченной вариации является функцией ограниченной вариации.
Следовательно, множество всех функций ограниченной вариации на отрезке
является линейным пространством, которое обозначается символом
. Это пространство содержит все монотонные функции, как показывает следующая теорема.
Теорема 19.2. Если функция
монотонна, то
. Следовательно, все монотонные функции являются функциями ограниченной вариации. В общем случае структура функций ограниченной вариации сводится к случаю монотонных функций.
Теорема 19.3 (Жордана). Если
– функция ограниченной вариации на отрезке
, то существуют неубывающие функции
и
такие, что
.
Перейдем к определению интеграла Стилтьеса. Пусть заданы отрезок
и функция
ограниченной вариации на нем. Пусть, далее,
– некоторая функция на отрезке
. Сумму вида

где
– некоторая точка в промежутке
, назовем интегральной суммой Стилтьеса. Если существует предел всех интегральных сумм Стилтьеса при условии, что длины промежутков разбиения стремятся к нулю и этот предел не зависит от выбора точек
, то этот предел называется интегралом Стилтьеса, который обозначается так:

Теорема 19.4. Если
– непрерывная функция и
– функция ограниченной вариации на промежутке
], то интеграл Стилтьеса существует и конечен.
С помощью понятия интеграла Стилтьеса мы теперь можем сформулировать теорему об общем виде функционала на пространстве
.
Теорема 19.5. Если
– линейный ограниченный функционал, то существует функция ограниченной вариации
такая, что

при чем

Верно и обратное: формула (19.1) определяет линейный функционал на пространстве
, норма которого вычисляется по формуле (19.2).