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Cesàro en version continue

Posté par
Noflah
22-07-10 à 17:20

Bonjour à tous,

Pour ceux que ça intéresse, voici un petit exercice d'analyse :

Tout le monde connaît le théorème de Cesàro pour les suites :
Si une suite u_n converge vers L  alors la moyenne de cesàro :
v_n=\frac{1}{n}\bigsum_{k=1}^n u_k  converge aussi vers L.

Maintenant : Soit f une fonction continue pour laquelle la quantité f(x+1)-f(x) admet une limite lorsque x tend vers l'infini. Montrer que \frac{f(x)}{x} tend vers cette même limite.

J'ai trouvé une démonstration dont je ne suis pas sûr, je vous la soumettrai lorsque j'aurais vu un peu les différents raisonnements employés (encore faut-il qu'il en existe plusieurs).

Bonne résolution

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:10

Salut Noflah

Après un peu de recherche, je suis convaincue qu'il faut un peu de topologie et je ne sais pas de quoi tu disposes... Alors pour commencer, voilà un nouvel exercice qui concentre la difficulté et qui entraine facilement le tien:

Citation :
Soit g:[1,+\infty[\to {\bb{R}} une fonction continue. On suppose que pour tout a\in[1,2] la suite (g(a+n))_{n\in{\bb{N}}} tend vers \ell. Alors \lim_{x\to +\infty}g(x)=\ell


Pour ce faire j'utilise la compacité de [1,2]. Si tu ne sais pas, on peut toujours faire un peu d'acrobaties pour se ramener à des résultats plus élémentaires.

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:20

Bonjour Camélia,

En fait pour démontrer le résultat que je propose, j'ai utilisé le tien, mais sans réellement le démontrer (du genre "c'est logique").

Voici ma démonstration : (désolé les signes ne sont pas sortis, j'ai utilisé ce site pour écrire mon texte).

Un ami, qui a lui aussi eu cette intuition mais qui ne la trouvait pas assez rigoureuse est descendu plus bas : (deuxième image)
(non précisé sur l'image : x1 est tel que x0=E(x1) / la majortion de la dernière ligne permet de majorer chacun des terme par e/3 afin d'obtenir le tout plus petit que epsilon (pour tout epsilon) )

Je vais donc réfléchir à comment démontrer ton résultat Merci pour ton intervention.
(PS : je connais la compacité, mais je ne sais pas si je connais toutes les propriétés que l'on peut y appliquer. Je sais que tout suite convergente de K converge dans K, Bolzano Weirschtrass, et peut être d'autre résultat qui ne me viennent pas là comme ça. Bon je vais essayer et si je bloque j'appelle au secours )

Encore merci Camélia !

Cesàro en version continue

Cesàro en version continue

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:24

Oups, désolé on ne voit pas bien la limite entre les deux images, la première s'arrête à "d'ou le résultat". Mais j'avoue que quand j'ai écris ça je me doutais qu'il manquait un petit quelque chose pour justifier que de "pour tout x il y a une des suites qui marche" à "ça marche pour tout x", et je me suis dit qu'une petite définition de la continuité de f devait pouvoir faire le lien entre les différentes suites, qui diffèrent d'un petit "k" en fait. Non ?

Aussi, tu peux m'appeler Simon, comme tu as commencé à le faire dans d'autres post si je me souviens bien

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:41

OK, Simon!

Comme ni toi ni ton ami n'utilisez la continuité, il y a forcément un os quelque part...

Pour l'instant je n'ai pas de contrexemple pour une fonction non continue...

Si ce genre de trucs t'amuse, voilà mon premier topic sur cette

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:41

Désolée, j'ai oublié le lien: Limite à l'infini.

Posté par
Onoff
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 14:54

Bonjour

C'est un exercice très classique de maniement de l'epsilon (souvent posé en colle). On peut d'ailleurs affaiblir l'hypothèse en supposant seulement f bornée sur tout segment (non nécessairement continue). La difficulté est de produire une rédaction qui ne soit pas trop lourde.

Je propose la mise en forme suivante dans le cas où la limite 3$ \lambda est finie :

Tout d'abord, on peut se ramener au cas où 3$ \lambda=0 (en posant 3$ \tilde f(x)=f(x)-\lambda x).

Si 3$ x>0, on a 3$ \frac{f(x)}{x}=\frac{f(x-[x])}{x}+\frac{1}{x} \sum_{k=0}^{[x]-1} \epsilon(x-[x]+k)3$ \epsilon(x)=f(x+1)-f(x).
3$ \epsilon étant continue et tendant vers 3$ 0 en 3$ +\infty, on peut poser 3$ A_k=\sup_{[k;k+1]}|\epsilon| et affirmer que 3$ \lim_{k \rightarrow +\infty}A_k=0.
On a 3$ \left|\frac{f(x-[x])}{x}\right|\leq\frac{A_0}{x} donc par encadrement : 3$ \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{f(x-[x])}{x}=0.
D'autre part, 3$ \left| \frac{1}{x} \sum_{k=0}^{[x]-1} \epsilon(x-[x]+k) \right| \leq \frac{1}{[x]-1} \sum_{k=0}^{[x]-1} A_k et comme d'après Césaro,  3$ \lim_{n \rightarrow +\infty} \frac{1}{n} \sum_{k=0}^{n} A_k=0, on obtient par composition puis encadrement : 3$ \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{1}{x} \sum_{k=0}^{[x]-1} \epsilon(x-[x]+k)=0.
Finalement, \lim_{x \rightarrow +\infty} \frac{f(x)}{x}=0.

Posté par
Onoff
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 15:03

@Camélia :

Je pense que ton résultat de 14:10 est faux : on peut construire un contrexemple avec des pics de plus en plus fins, situés à intervalles presque réguliers, l'abscisse des pics se rapprochant des entiers (je vais essayer de faire un dessin).
En revanche si on suppose l'uniforme continuité, je crois que ton truc marche.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 15:07

> Onoff Je crois pourtant bien avoir une démonstration... Donc j'attends le contrexemple!

Posté par
Onoff
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 15:36

Un dessin vaut mieux qu'un long discours
Cesàro en version continue

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 15:45

Mea culpa!

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 15:59

Bonjour Onoff,

Merci pour ta contribution à l'exercice, en effet c'est un classique de kholle, je le tire moi même d'un recueil d'exercice de kholle classique ! (comme les quelques derniers exercices que j'ai posté).

Ton contre exemple annule-t-il ce résultat ? :

Citation :
Citation :
Soit g:I -> R une fonction continue. On suppose que pour tout a de [1;2] la suite g(a+n) tend vers l. Alors ..


Si ce résultat tombe à l'eau, ma démonstration également ? (post du 23-07-10 à 14:20, première image) ?
Qu'en est-il de la deuxième démonstration ? (deuxième image) Est-elle fausse ?

Merci à vous deux pour votre aide

Posté par
Camélia Correcteur
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 16:02

Oui, le contrexemple d'Onoff annule mon idée... qui était mauvaise!

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 16:10

En relisant mieux la méthode d'Onoff, je viens de m'apercevoir que la méthode employé dans la deuxième image est très similaire, ce qui répond à ma question ci dessus.
Merci Camélia et Onoff

Posté par
Onoff
re : Cesàro en version continue 23-07-10 à 16:47

Citation :
et comme d'après Césaro


Je rends à Cesàro, ce qui est à Cesàro : l'orthographe de son nom.

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 24-07-10 à 11:42

Bonjour Onoff,

A titre d'entrainement, j'essaie, après l'avoir comprise, de voir si je suis capable de reproduire ta méthode.
Un passage du raisonnement m'échappe cependant :

3$|\frac{f(x-[x])}{x}| \le \frac{A_0}{x}

A0 est le sup de epsilon, pas de f, donc on aurait,
\forall x \in [0,1]  |f(x+1)-f(x)|\le A_0
Comment en arriver à la ligne précédente ?

Je te remercie d'avance

Posté par
Onoff
re : Cesàro en version continue 24-07-10 à 15:19

Mais oui, Noflah, tu as raison, je me suis emmêlé dans mes notations. Il ne s'agit pas de A0 mais du sup de |f| sur [0;1].

Posté par
Noflah
re : Cesàro en version continue 24-07-10 à 15:24

Ce qui ne change pas la conclusion ! Très bien, merci Onoff pour cette précision



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