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Analyse fonctionnelle (convexité)

Posté par
Ibiscus
05-11-07 à 19:32

Bonjour à tous,

Voici mon problème:
j'ai un exercice de TD un peu déroutant mélangeant des intégrales avec de la convexité et à vrai dire je n'ai rien compris à l'explication de mon prof donc je compte sur vous pour m'éclairer voire me corriger cet exercice (et vous aurez toute mon admiration!):

Soit E l'ensemble des fonctions continues de [0,1] dans R muni de la norme uniforme. Soit M l'ensemble des fonctions f de E vérifiant:

         (intégrale de 0 à 1/2)f(t)dt-(intégale de 1/2 à 1)f(t)dt=1

Montrer que M est un sous-ensemble fermé convexe de E qui ne contient pas d'élément de norme minimale.

Merci d'avance!

Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 05-11-07 à 22:41

Il n'y a vraiment personne qui peut m'aider???

Posté par
Ksilver
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 05-11-07 à 23:37

Salut !


fermé :c'est l'image réciproque d'une application continue.

convexe, prend deux fonction de M et vérifie que k*f+(1-k)*g est aussi dedans. (ou bien contente toi de dire que c'est un hyperplan affine aussi...).

le fait qu'il ne contiens pas d'element de norme minimal est un peu plus subit je pense... commence par montrer que l'inf des norms sur l'ensemble des 1/2, puis essaie de montrer qu'une fonction continu de norme 1/2 ne peut pas etre dans M...

Posté par
Ksilver
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 05-11-07 à 23:38

errata :

fermé :c'est l'image réciproque d'un fermé par une application continue.

Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 05-11-07 à 23:41

Merci beaucoup je vais réfléchir à tes conseils.

Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 06-11-07 à 00:01

Je n'ai pas compris comment faire intervenir l'hyperplan affine ?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Analyse fonctionnelle (convexité). 06-11-07 à 01:10

Bonsoir ;

\fbox{*} Commençons par signaler que \scr M est non vide vu par exemple que \fbox{-4Id_{[0,1]}\in\scr M} .
\fbox{*} Si on note \fbox{\varphi\hspace{5}:\hspace{5}E\to\mathbb{R}\\f\to\int_{0}^{\frac{1}{2}}f(t)dt-\int_{\frac{1}{2}}^{1}f(t)dt} on vérifie facilement que \varphi est une forme linéaire sur E ,
et comme \fbox{(\forall f\in E)\hspace{5},\hspace{5}|\varphi(f)|\le||f||_{\infty}} on voit que \varphi est continue ,
et \fbox{\scr M=\varphi^{-1}(\{1\})} montre que \scr M est fermé .
\fbox{*} La convexité de \scr M est claire vu que \fbox{(\forall f,g\in\scr M)\hspace{5}(\forall\alpha\in[0,1])\\\varphi((1-\alpha)f+\alpha g)=(1-\alpha)\varphi(f)+\alpha\varphi(g)=1-\alpha+\alpha=1} .
\fbox{*} Nous arrivons maintenant à l'essentiel de l'exercice à savoir que \scr M n'admet pas d'élément de norme minimale ,

par l'absurde ,
(*) commençons par prouver qu'un tel élément (s'il existe) est de norme 1 ,
en effet soit f un tel élément alors d'une part on a \fbox{1=\varphi(f)\le||f||_{\infty}} ,
et d'autre part en considérant la suite de fonctions (f_n)_{n\ge2} définie par ,
2$\fbox{f_n(x)=\{{1\hspace{5},\hspace{5}0\le x\le\frac{1}{2}-\frac{1}{n}\\\frac{n}{2}(1-2x)\hspace{5},\hspace{5}\frac{1}{2}-\frac{1}{n}\le x\le\frac{1}{2}+\frac{1}{n}\\-1\hspace{5},\hspace{5}\frac{1}{2}+\frac{1}{n}\le x\le1} on vérifie assez facilement que \fbox{(\forall n\ge2)\hspace{5},\hspace{5}\{{f_n\in E\\||f_n||_{\infty}=1\\\varphi(f_n)=1-\frac{1}{n}}
et par conséquent \fbox{(\forall n\ge2)\hspace{5},\hspace{5}\{{\frac{n}{n-1}f_n\in\scr M\\\\||\frac{n}{n-1}f_n||_{\infty}=\frac{n}{n-1}} d'où \fbox{(\forall n\ge2)\hspace{5},\hspace{5}1\le||f||_{\infty}\le\frac{n}{n-1}} d'où \fbox{||f||_{\infty}=1}

(*) mais alors les deux fonctions 1-f et 1+f seraient positives et comme on a \fbox{\int_{0}^{\frac{1}{2}}(1-f(t))dt+\int_{\frac{1}{2}}^{1}(1+f(t))dt=0}
on voit que (par continuité) f doit être 1 sur [0,\frac{1}{2}] et -1 sur [\frac{1}{2},1] (sauf erreur bien entendu)


\fbox{\fbox{N.B}} Si je ne me trompe , cette situation est impossible dans un Hilbert où on montre
l'existence de la projection orthogonale sur un convexe fermé.



Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 06-11-07 à 18:28

Merci beaucoup, franchement vous êtes super, je retrouve toutes les indications imprécises de mon prof mais bien détaillées et mille fois plus compréhensibles!!!
Merci encore elhor_abdelali et à bientôt sur l'île!
Bonne soirée.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Analyse fonctionnelle (convexité). 06-11-07 à 18:46

Tiens c'est peut-être un bon exercice ça !

Soit C un convexe fermé (non vide) d'un espace de Hilbert réel E ,

\fbox{1} montrer que 4$\fbox{(\forall x\in E)\hspace{5}(\exists!\widehat{x}\in C)\hspace{5}/\hspace{5}||x-\widehat{x}||=\inf_{y\in C}||x-y||}.
Le vecteur \widehat{x} est appelé la projection orthogonale de x sur C.

\fbox{2} montrer que 3$\fbox{(\forall y\in C)\hspace{5},\hspace{5}<x-\widehat{x}|y-\widehat{x}>\le0} . (sauf erreur bien entendu)

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Analyse fonctionnelle (convexité). 06-11-07 à 18:50

Bonne soirée à toi aussi Ibiscus

Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 06-11-07 à 22:08

Juste une petite question:
que veut dire -4Id[0,1] ? C'est une fonction ?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Analyse fonctionnelle (convexité). 06-11-07 à 23:02

\fbox{Id_{[0,1]}} est une notation pour désigner l'application \fbox{[0,1]\to\mathbb{R}\\\hspace{5}\hspace{5}\hspace{5}x\to x} ,
ainsi \fbox{-4Id_{[0,1]}} désigne l'application \fbox{[0,1]\to\mathbb{R}\\\hspace{5}\hspace{5}\hspace{5}x\to-4x} (sauf erreur)

Posté par
Ibiscus
re : Analyse fonctionnelle (convexité) 06-11-07 à 23:06

Merci je ne connaissais pas cette notation



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