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Niveau Licence Maths 1e ann
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convergence uniforme

Posté par
mikado
29-11-09 à 18:10

bonsoir

je voulais savoir si dire qu'une suite de fonction converge uniformément c'est en fait dire que les fonctions convergent "à la mème vitesse"? cad que pour tout x l'écart entre fn(x) et f(x)(lim des fn en x) devient inférieur à alpha petit à partir du meme rang n;

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 29-11-09 à 18:31

Bonsoir,

Oui c'est un peu ça, imagine toi un "tube" de diamètre 2\epsilon autour de f, et bien à partir d'un certain rang toutes les fonctions f_n sont aussi dans ce tube, (et ceci pour tout x !)

Posté par
mikado
re : convergence uniforme 30-11-09 à 08:18

merci.mais les fonction rentrent elles dans ce tube à partir du mème rang n? cad que pour un n quelquonque les f(x) sont "à mème distance exactement" de leur limite de convergence respectives?
cat de tte facon dans le cas de la convergence simple les f(x) seront bien obliger de rentrer dans n'importe quel tube autour de f puisqu'il convergent, meme si parfois n doit etre tres grand pour certains x.

en fait c'est le "à partir d'un certain rang" qui me gène. signifie-t-il que pour tout X c'est à partir de ce rang là que la fn(x) rentre dans le tube? càd qu'elle n'y était pas avant?

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 11:22

Citation :
mais les fonction rentrent elles dans ce tube à partir du mème rang n? cad que pour un n quelquonque les f(x) sont "à mème distance exactement" de leur limite de convergence respectives?


Oui, la convergence uniforme c'est dire que pour 3$ n\ge n_0 toutes les 3$ f_n sont dans ce tube autour de 3$ f qui est leur limite commune.

Citation :
cat de tte facon dans le cas de la convergence simple les f(x) seront bien obliger de rentrer dans n'importe quel tube autour de f puisqu'il convergent, meme si parfois n doit etre tres grand pour certains x.


Non justement, dans le cas de la cvs ce n'est pas à partir du même rang que 3$ ||f(x)-f_n(x)||_{\infty}\le \epsilon, le n_0 dépend cette fois de x.

Si tu regardes la définition de cvs et cvu en terme de quantificateur tu t'aperçois que dans le premier cas le \forall x est placé tout devant, tandis que pour la cvu il est placé après le \forall n\ge n_0.

En fait le mieux pour comprendre cette notion est de faire un dessin, je vais te faire ça

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 12:04

Bon c'est fait à l'arrache hein

convergence uniforme

A gauche j'ai représenté une suite de fonctions qui converge simplement vers la fonction nulle (le pic se ressert de plus en plus). J'ai représenté 2 f_n à des rangs différents (disons f_{n_0} en bleu foncé, et f_{n_1} en bleu clair, n_1\ge n_0). Je choisis un x au pif, et je me fixe un \epsilon>0, bon et bien tu vois qu'au rang n_0 on a ||0-f_n(x)||\le \epsilon que pour les x\ge x_0, les f_n(x) à partir de ce rang ne sont pas tous dans le tube. Pour avoir convergence uniforme il faudrait qu'on puisse trouver un rang N tel qu'à partir de celui-ci, pour tout x on ait ||0-f_n(x)||\le \epsilon de tel sorte que les f_n soient partout très proche de 0, donc qu'ils s'en rapprochent uniformément. Mais ici c'est impossible, tu vois bien que si l'on "ressert" la base, le pic est de plus en plus haut). Plus rigoureusement \sup_{[0,1]}|f_n-0|=n qui ne tend pas vers 0, donc il n'y a pas convergence uniforme.

Sur mon second dessin, j'ai représenté la fonction f à atteindre (en orange), et un tube de diamètre 2\epsilon autour de celle-ci. Et dans le cas de convergence uniforme, à partir d'un certain rang N, toutes les f_n (c'est-à-dire en n'importe quel point) sont comprises dans ce tube. Si tu préfères les oscillations de f et des f_n sont égales à \pm \epsilon près. C'est d'ailleurs pour cette raison qu'en cas de convergence uniforme, la continuité des f_n entraine celle de f.

C'est plus clair maintenant ?

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 12:07

PS : Sur mon dessin il y a juste une imprécision, le pic de la courbe bleu clair doit être plus haut que l'autre bien sûr.

Posté par
mikado
re : convergence uniforme 30-11-09 à 14:34

oui je crois que c'est bon. moi je pensais que par exemple pour un fixé fn(x1) et fn(X2) était à égal distance de f(x). cela reviendrait à des fn qui seraient des droites paralleles formant les tubes de plus en plus petits.
je n'avais pas compris la définition de la convergence simple je crois, à savoir que les fn converge que à partir d'un certain x. c'est ca?
je ne comprend pas pourquoi l'intervalle des x est [o;1] alors que sur le schéma en abscisse on a 1/2n 1/n.? et pourrait tu me mettre un f1 et un f2 sur le schéma 2? merci pour les explications en tout cas.

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 15:26

Citation :

je n'avais pas compris la définition de la convergence simple je crois, à savoir que les fn converge que à partir d'un certain x. c'est ca?


Euh ben non, dans tous les cas fn converge vers f, seulement en convergence simple les f_n(x) ne se rapprochent pas de f(x) "à la même vitesse", mathématiquement parlant cela veut dire que le rang à partir duquel ||f(x)-f_n(x)||\le \epsilon dépend de x !

C'est ce que j'ai voulu mettre en évidence avec mon dessin, au rang n_0 on a que les f_n(x) pour x\ge x_0 qui sont rentrés dans le tube, pour en avoir davantage il faudra prendre n>n_0, mais au final oui ils seront tous dans le tube vu que f_n\to f, sauf qu'en convergence simple on n'a pas un mouvement uniforme vers f. Tandis qu'en cvu on peut faire rentrer tous les f_n(x) dans le tube pour un rang suffisamment élevé.

Posté par
mikado
re : convergence uniforme 30-11-09 à 15:41

" au final ils seront tous dans le tube" en cvs.
"Tandis qu'en cvu on peut faire rentrer tous les f_n(x) dans le tube pour un rang suffisamment élevé." en cvu.
donc dans les 2 cas on peut les mettre dans n'importe quelle tube? et sur le schéma cvs au début fno est plus proche de f que fn1.. pourquoi dit on que ca converge?
excuse moi, je galère a me representer les choses et à faire la différence entre les deux. cf mon message precedents et les questions.. si ca converge à la meme vitesse cela signifie que pour un n  fixé fn(x1) et fn(X2) était à égal distance de f(x). cela reviendrait à des fn qui seraient des droites paralleles formant les tubes de plus en plus petits.  or sur le schéma cvu on voit sue les fn ne sont pas toujours à la meme distance de f selon les x..

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 16:19

Je retire mon "au final ils seront tous dans le tube", dans mon exemple avec les pics ce n'est pas le cas vu que le pic se déplace vers la gauche et devient plus grand.

Citation :
et sur le schéma cvs au début fno est plus proche de f que fn1.. pourquoi dit on que ca converge?


Ah bon à quoi tu vois ça ?

Ca converge clairement vers la fonction nulle non ? le bord droit du triangle a pour abscisse 1/n donc tend vers 0.

Citation :
si ca converge à la meme vitesse cela signifie que pour un n  fixé fn(x1) et fn(X2) était à égal distance de f(x). cela reviendrait à des fn qui seraient des droites paralleles formant les tubes de plus en plus petits.  or sur le schéma cvu on voit sue les fn ne sont pas toujours à la meme distance de f selon les x..


J'ai du mal à comprendre... est-ce que cette illustration t'éclaire : ?

Posté par
mikado
re : convergence uniforme 30-11-09 à 16:29

je vais relire tout ca calmement pour voir ou je bloque et essayer de déméler tout ca. cette notion n'est vraiment pas intuitive pour moi. je reposterai peut etre plus tard. merci en tout cas.

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 16:31

Oui essaye de faire le point dans ta tête et puis reviens poster ce que tu as compris, je te dirai si c'est bon

Posté par
mikado
re : convergence uniforme 30-11-09 à 22:42

quand on dit sup fn(x)-f(x) où l'on parle d'un n fixé cela signifie qu'on prend un n (grand ou petit?supérieur à N?) et qu'on cherche en quel  x est le sup. puis un autre n et ainsi de suite? on trouve une suite de sup en fait,une suite g(n)? et on prend le plus grand des sup (fct max)?

par exemple f(x)=x^n sur [0;1[. pour le sup on se rend compte que à tous les n le sup est quand x est proche de 1. et quelque soit n sup=1 donc il n'y a pas d'interet de faire tendre n vers l'infini?
puis je avoir un autre exemple avec les sup et le détail du raisonnement qui va avec?

Posté par
infophile
re : convergence uniforme 30-11-09 à 22:58

Citation :

quand on dit sup fn(x)-f(x) où l'on parle d'un n fixé cela signifie qu'on prend un n (grand ou petit?supérieur à N?) et qu'on cherche en quel  x est le sup. puis un autre n et ainsi de suite? on trouve une suite de sup en fait,une suite g(n)? et on prend le plus grand des sup (fct max)?


Oui c'est ça "une suite de sup", par contre attention le sup n'est pas forcément atteint en un certain x (sinon on parle de max). Et il n'y a pas lieu de prendre "le plus grand des sup", on regarde juste comment la "suite de sup" se comporte pour n tendant vers l'infini.

Citation :
par exemple f(x)=x^n sur [0;1[. pour le sup on se rend compte que à tous les n le sup est quand x est proche de 1. et quelque soit n sup=1 donc il n'y a pas d'interet de faire tendre n vers l'infini?
puis je avoir un autre exemple avec les sup et le détail du raisonnement qui va avec?


Oui c'est ça, le sup vaut 1 pour tout n, donc comme il ne tend pas vers 0 la suite ne converge pas uniformément. Mais elle converge simplement vu que x^n tend vers 0, graphiquement c'est parlant :

convergence uniforme

Si tu veux un autre exemple regardant celui avec les pics que je t'ai présenté



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