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Niveau maths spé
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Fonction différentiable

Posté par
Maitreidmry
08-03-10 à 20:42

Bonjour,

Soit \phi une fonction de classe C1 sur R.
E=C([a,b])

Soit F : E -> E
           f -> \int_{a}^{b} \phi(f(x))dx

Montrer que F est différentiable et calculer sa différentielle.


J'ai réussi à répondre à la question dans le cas où \phi est C2 :
\int_{a}^{b} (\phi(f(t)+h(t))-\phi(f(t)))dt=\int_{a}^{b} h(t)\phi'(f(t))dt+\frac{1}{2} \int_{a}^{b} h(t)^2\phi''(f(t)+\theta(t)h(t))dt

Mais comment se passer de la dérivée seconde ? J'ai pensé à utiliser l'uniforme continuité de \phi' sur f([a,b]) (compact), mais je ne vois pas exactement.

Merci

Posté par
Maitreidmry
re : Fonction différentiable 08-03-10 à 22:28

Pas d'idée ?

Posté par
LeZebre
re : Fonction différentiable 09-03-10 à 00:04

Bonsoir, j'ai quelques idées (en espérant ne pas faire trop d'erreurs car un peu rouillé sur ce genre de questions)

Comme phi est C1, considérons son DL d'ordre 1 en tout réel x
phi(x+y)=phi(x)+y phi'(x)+y eps(y) avec limite de eps(y)=0 quand y tend vers 0

Ensuite tu calcules l'intégrale sur [a,b] de phi(f(t)+h(t)) qui grâce au DL précédent va s'écrire :
intégrale de phi(f(t)) + intégrale de h(t) phi'(f(t)) + intégrale de h(t) eps(h(t))

Les 2 premières intégrales sont bonnes, reste à prouver que la dernière intégrale tend vers 0 quand on la divise par la norme de h
C'est là que j'ai un doute : quelle est la norme définie sur E, je me suis dit que c'était la norme sup sur [a,b] dans ce cas là je te donne la suite de la démonstration, mais sinon il faut tout revoir :

Reprenons donc I=intégrale de h(t) eps(h(t)) :
Abs(I)<intégrale de abs(h(t))abs(eps(h(t))<norme de h * intégrale de abs(eps(h(t))
Je me dis qu'ensuite il doit avoir moyen de prouver que cette dernière intégrale tend vers 0 quand h tend vers 0, ça te donne une piste de réflexion...

Posté par
kybjm
re : Fonction différentiable 09-03-10 à 01:39

On oublie souvent de remarquer qu'il existe : [a , b] continue telle que (0) = 0 et phi(x+y)=phi(x)+y phi'(x)+y eps(y)

Alors on peut parler de  intégrale de h(t) eps(h(t))  

Posté par
LeZebre
re : Fonction différentiable 09-03-10 à 09:43

Merci pour cette précision, c'était en effet un oubli de ma part

Posté par
rhomari
re : Fonction différentiable 09-03-10 à 20:30

bonjour
lapsus > \phi numerique!
\phi est differentiable donc
|\phi(f(t)+h(t))- \phi(f(t))- h(t) \phi'(f(t))| =o(h(t)) \le o(||h||)
remarque que ||h||= \sup_{x \in [a,b]}h(x)
 | \int_{a}^{b} \{\phi(f(t)+h(t))- \phi(f(t))- h(t) \phi'(f(t)) \} dt| \int_{a}^{b}|\phi(f(t)+h(t))- \phi(f(t))- h(t) \phi'(f(t))| \le \int_{a}^{b} o(||h||) = (b-a)o(||h||);d'où F'(g):F \to \mathbb {R}
                                   g \to \int_{a}^{b}\phi'(f(x))g(x) dx....
 \\

Posté par
rhomari
re : Fonction différentiable 09-03-10 à 20:31

lire bien sur F'(f)....

Posté par
kybjm
re : Fonction différentiable 10-03-10 à 02:33

est dérivable donc : pour tout (x,y) de 2 on a :(x + y) - (x) - y. '(y) = y.(x,y) où (x,.) est continue et  (x,o) = 0 .

Si f et g sont dans E et t [a , b] on a donc :  (f(t) + g(t)) - (f(t)) - g(t). '(g(t)) = g(t).(f(t),g(t)) .
Pour pouvoir couper les intégrales il faudrait  que t (f(t),g(t)) soit assez bonne ,par exemple qu'elle soit continue ; mesurable bornée suffirait .
Est-ce si évident que cela pour que l'utilisation des o soit valable ?
est séparément continue mais il s'agit de o (f,g)
De plus , formellement , la démontration de rhomari n'utilise pas la continuité de ' .C'est pour ça que je propose la démonstration suivante :

est C1 donc : pour tout (x,y) de  2 on a :(x + y) - (x) - y. '(y) = 0y ( '(x+u) - '(x))du .
Soit alors K un intervalle compact de et soit , pour tout r 0 , wK(r) = Sup{ | '(u) - '(v)| (u,v) K2 et |u-v| r } .  wK(r)  est un réel 0 . De plus il est clair que wk est croissant .
Pour tout (x,y) de  K2 on a : |(x + y) - (x) - y. '(y) | |y|.wK(|y|)
La restriction de ' à K étant continue est uniformément continue , donc wK(r) 0 (qd r 0) .

Soit alors f E . Posons A = Inf(f) et B = sup(f) . Ce sont des réels et K = [A-1 , B+1] est un intervalle compact. On posera w = wK .

Soit h E telle que N(h) = Sup(|h|) 1 .
Pour tout t [a , b] on  a : |(f(t)+h(t)) - (f(t)) - h(t). '(f(t))|  |h(t)|.w(|h(t)|) N(h).w(N(h)) .
On intége et on obtient : |F(f + h) - F(f) - L(h)| (b - a) N(h).w(N(h)) si on pose L(h) = ab h.( ' o f) .
L est une application linéaire continue de E dans et |F(f + h) - F(f) - L(h)| = o(N(h)) montre que F est dérivable au point f et que F '(f) = L .  



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