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Niveau Maths sup
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Application linéaire et normes triples

Posté par
Freeman26
18-11-05 à 21:29

Bonjour,

J'ai eu un exercice cette après midi en DS que je ne suis pas arrivé à faire (ça arrive à tout le monde...). Mais là je me demande s'il y avait vraiment une réponse !
L'exercice se trouve à l'adresse suivante :
***
(si vous avez des problèmes avec le lien prévenez moi)

Mon problème est à la question b) de l'exercice 3 (sur 11 points)
Je n'arrive pas à démontrer la première égalité avec T²(f)x
Et je me demande même comment il peux y avoir en même temps la variable "x" et la variable "t" dans l'intégrale...
J'ai essayé en faisant un Intégration par partie, mais ça a été sans succés.
Merci de vos réponses.

Freeman

Posté par
otto
re : Application linéaire et normes triples 18-11-05 à 21:51

Salut,
alors déjà un prof de sup ne devrait pas donner des sujets qui traitent d'une matière de bac+4 mais passons...(sauf si par sup on suppose supérieur et non mathsup...)

Quand on est sous ces hypothèses, on a en général que la norme de T défini par
T(f)=\int_{0}^{1}fg
la norme de T est en général celle de g.
Plus particulièrement on est dans le cas où g est la fonction caractéristique de [0,x] qui est une fonction de norme 1.
Probablement donc, que la norme de l'opérateur était de 1.
De même pour la norme de T^2. Une chose est sure, la norme de T^2 est inférieur au carré de celle de T. (de même pour une puissance n-ième quelconque).

Tout celà n'est qu'a vue d'oeil, il faudrait le prouver.
Toujours est il que, la norme de T est le sup des normes de T(f) pour f de norme 1.
Il est clair que ||T(f)|| = |\int_0^x f(t)dt| \leq \int_0^x |f(t)|dt \leq \int_0^1 |f(t)|dt \leq ||f|| .
l'autre inégalité est facile, ce qui prouve que la norme est bien 1.

Pour la suite, on prend T(f) qui est l'intégrale de f sur, c'est à dire finalement une primitive de f.
Si on prend T(T(f)) ce sera une primitive d'une primitive précédente. Notamment si on dérive T(T(f)) par rapport à x, on devrait trouver T(f)
Si on dérive l'expression que l'on nous donne pour T(T(f)), que trouve t'on? Probablement que l'on va trouver T(f) lui même. On a donc l'égalité à une constante près, constante pas difficile à trouver.
De même pour l'ordre n.
Pour les normes, je n'ai pas trop essayé, mais probablement que ca devrait être 1.
A confirmer.
A+

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 18-11-05 à 22:09

Merci à toi de ta réponse bien que j'ai eu du mal à suivre...
Pour mon niveau, je suis en 2° année d'école d'ingénieur.

Je crois que tu réponds en grande partie à la question a)
Je sais que la norme triple de T c'est "x" (à moins que je me soit trompé)
Moi ce que je n'arrive pas à montrer c'est :
T²(f)(x)=(x-t)f(t)dt où l'intégrale est de 0 à x (c'est la première partie de la question b))
Je ne comprend même pas comment il peut y avoir à la foit la variable x et la variable t soit l'intégrale...
Es ce qu'on peut dire que T²(f)(x)= (f(t)dt)dt (où les intégrale vont de 0 à x) ?
Et comment faire pour arriver à montrer ça :
T²(f)(x)=(x-t)f(t)dt où l'intégrale est de 0 à x

Freeman

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 18-11-05 à 22:44

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 08:50

Bonjour,

Je remet le lien de la question au cas où:
***
C'est la question 3 b) qui me pose problème.
Merci de vos réponses.

Freeman

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 10:30

Personne n'est capable de faire mon exo ??
sniff...
Pour moi il est impossible, mais je loupe peut-être qq chose...

Freeman

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 13:16

Bonjour Freeman26,bonjour otto;
2) Je n'arrive pas à bien lire l'expression de f(x,y).
3) 3$\fbox{T{:}E\to E\\f\to T(f){:}\{{[0,1]\to\mathbb{R}\\x\to\int_{0}^{x}f(t)dt}
a)La linéarité de T ne pose pas de problème.
On sait (par définition de la norme d'une application linéaire continue) que 4$\fbox{|||T|||=\sup_{f\neq0_E}\frac{||T(f)||_{\infty}}{||f||_{\infty}}}
et comme 3$\fbox{(\forall f\in E)(\forall x\in[0,1])\\|T(f)(x)|=|\int_{0}^{x}f(t)dt|\le\int_{0}^{x}|f(t)|dt\le\int_{0}^{x}||f||_{\infty}dt=x||f||_{\infty}\le||f||_{\infty}} on voit que 3$\fbox{(\forall f\in E)\\||T(f)||_{\infty}=\sup_{x\in[0,1]}|T(f)(x)|\le||f||_{\infty}} et donc que 3$\fbox{(\forall f\in E-\{0_E\})\\\frac{||T(f)||_{\infty}}{||f||_{\infty}}\le1} donc 3$\blue\fbox{|||T|||\le1}
En considérant en particulier l'application constante 3$\fbox{f_0{:}[0,1]\to\mathbb{R}\\x\to1} on vérifie facilement que 3$\fbox{f_0\in E-\{0_E\}\\||f_0||_{\infty}=1\\||T(f_0)||_{\infty}=1} et donc que 3$\blue\fbox{|||T|||\ge\frac{||T(f_0)||_{\infty}}{||f_0||_{\infty}}=1} on conclut alors que 4$\red\fbox{|||T|||=1}

b) 3$\fbox{(\forall f\in E)(\forall x\in[0,1])\\T^2(f)(x)=T(T(f))(x)=\int_{0}^{x}T(f)(t)dt=\int_{0}^{x}\underb{1}_{u'(t)}\times\underb{T(f)(t)}_{v(t)}dt} et vu que 3$\fbox{v'(t)=f(t)\\u(t)=t-x} on a par intégration par parties que 4$\blue\fbox{(\forall f\in E)(\forall x\in[0,1])\\T^2(f)(x)=\underb{[(t-x)T(f)(t)]_{0}^{x}}_{0}-\int_{0}^{x}(t-x)f(t)dt=\int_{0}^{x}(x-t)f(t)dt}
Montrons alors par récurrence que 3$\fbox{(\forall n\ge1)(\forall f\in E)(\forall x\in[0,1])\\T^n(f)(x)=\int_{0}^{x}\frac{(x-t)^{n-1}}{(n-1)!}f(t)dt}
(*)la propriété est clairement vraie pour n=1,2.
(*)supposons la vraie pour un certain n\ge2 on peut alors écrire
4$\blue\fbox{(\forall f\in E)(\forall x\in[0,1])\\T^{n+1}(f)(x)=T^n(T(f))(x)=\int_{0}^{x}\frac{(x-t)^{n-1}}{(n-1)!}T(f)(t)dt=\int_{0}^{x}\underb{\frac{(x-t)^{n-1}}{(n-1)!}}_{u'(t)}\times\underb{T(f)(t)}_{v(t)}\hspace{5}dt\\=\underb{[-\frac{(x-t)^{n}}{n!}T(f)(t)]_{0}^{x}}_{0}+\int_{0}^{x}\frac{(x-t)^n}{n!}f(t)dt=\int_{0}^{x}\frac{(x-t)^n}{n!}f(t)dt}.

c) je te laisse voir que:
4$\red\fbox{(\forall n\in\mathbb{N})\hspace{5}|||T^n|||=\frac{1}{n!}}

Sauf erreurs bien entendu

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 14:13

Merci énormément elhor_abdelali !!!
Moi j'avais trouvé que la norme triple de T c'était x...
Parce que dans mon énnoncé on dis pas que x tend vers 1.

Freeman

Posté par
otto
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 15:03

Ici x n'avait aucune chance d'apparaitre puisque la norme de f ne dépend pas de x, et donc puisque celle de T dépend uniquement de celle de f, il ne risque pas non plus d'y avoir de x.
Ensuite x ne tend pas vers 1, x est la variable de la fonction f.
f est une fonction réelle et T est la fonction qui à une fonction associe sa primitive qui s'annule en 0.

A partir de là, comme je te l'ai déjà dit (puisque je ne faisais pas que répondre à la question a, mais bien à tout l'exercice au complet), on a que T(f) est la primitive de f qui s'annule en 0, notons là F.
T(T(f))=T(F) et c'est donc la primitive de F qui s'annule en 0.
Pour montrer l'égalité demandé, plutôt que de faire des intégrations à n'en plus finir, autant faire des dérivations:
T(T(f))'=T(F)'=F par définition.
Si on dérive ce que l'on te donne, on va trouver en posant g la fonction caractéristique de [0,x]
\frac{\partial}{\partial x} \int_0^x (x-t)f(t)dt = \int_0^1 \frac{\partial}{\partial x} (x-t)g(x)f(t)dt = \int_0^1 g(x)f(t)dt = \int_0^x f(t)dt = F(x)
Ce qui est le résultat souhaité (sauf erreur)
On a donc que T(T(f))'(x)=F(x) et donc une primitive de F vaut T(T(f))=T(F), et on sait que c'est celle qui s'annule en 0.
CQFD

On peut applique ceci à la troisième question pour trouver T^n(f).
A+

Posté par
Freeman26
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 21:13

Bonsoir,

Bon bah merci énormement à vous deux !
Vous avez vraiment bien répondu à mes questions !
C'est très gentil à vous d'avoir passer autant de temps pour m'aider !
Avec toute ma gratitude,

Freeman

Posté par
otto
re : Application linéaire et normes triples 19-11-05 à 21:15

De rien, c'était un plaisir.
A+

Posté par
lolo5959
re : Application linéaire et normes triples 30-11-05 à 23:28

Bonjour!

Voilà, j'ai fait remonter ce topic, parceque l'exercice proposé par Freeman26 m'intéresserait pas mal pour m'entrainer, seulement,il n'y a pas le sujet,
alors peut-être que l'un d'entre-vous aurait le lien éffacé pour que je puisse me le procurer.

Voilà, merci beaucoup!

Posté par
otto
re : Application linéaire et normes triples 30-11-05 à 23:39

De mémoire, l'exo donnait T comme opérateur défini sur l'ensemble X des fonctions continues sur [0,1] (ou à la limite on pourrait prendre L1([0,1]) tel que
f dans X -> T(f)(x)=\int_0^x f(x)dx
Le but était de montrer que T était continue, de trouver sa norme, de trouver la norme de T^2 et puis de T^n.

Je crois que c'était quelque chose comme celà.
A+

Posté par
otto
re : Application linéaire et normes triples 30-11-05 à 23:39

oups évidemment on ne peut pas avoir f(x)dx et avoir x comme borne, mais on aura rectifié, on peut faire f(t)dt par exemple.
A+

Posté par
lolo5959
re : Application linéaire et normes triples 30-11-05 à 23:49

OK merci beaucoup otto!

Y'a plus qu'à se mettre au boulot



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