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densité et dérivabilité

Posté par
romu
06-02-08 à 13:23

Bonjour,

je ne vois pas comment procéder pour cet exo:

Soit f: [1,+\infty[\rightarrow \mathbb{R} une fonction croissante dérivable, telle que:

\lim_{x\rightarrow +\infty} f(x) = +\infty

\lim_{x\rightarrow +\infty} f'(x) = 0.

Montrer que l'ensemble des points e^{if(n)}, avec n entier \geq 1, est dense sur le cercle unité de \mathbb{C}.

Merci pour vos indications.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 06-02-08 à 13:52

Si j'ai bien compris, cela revient à montrer que les ensembles

\{\cos(f(n)):\ n\in \mathbb{N}\} et \{\sin(f(n)):\ n\in \mathbb{N}\} sont denses dans [-1,1], c'est bien ça?

Posté par
Camélia Correcteur
re : densité et dérivabilité 06-02-08 à 14:32

Salut romu

Je pense qu'il vaut mieux garder l'énoncé original. Une première idée: si ce n'est pas dense c'est discret, donc la suite e^{if(n)} prend un nombre fini de valeurs (le cercle unité étant compact). A coup d'accroissements finis, il me semble qu'on pourrait contredire ça (mais je ne l'ai pas vraiment fait)

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 06-02-08 à 14:37

Bonjour Camélia,

on entend quoi en fait par discret, d'intérieur vide?

Posté par
Camélia Correcteur
re : densité et dérivabilité 06-02-08 à 14:39

Non, discret veut dire que pour chaque point il y a un voisinage qui ne contient que ce point. Z est discret dans R, mais Q ne l'est pas, bien que son intérieur soit vide.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 06-02-08 à 14:49

ah oui d'accord, je vais tester avec les accroissements finis,

merci Camélia.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 16:04

si on note A=\{e^{if(n):\ n\geq 1\}.

Je ne vois pas pourquoi on a dans S_1:

(A non dense) \Longrightarrow (A discret)


Ce que je sais, c'est que

si A n'est pas dense dans S_1, alors il existe x\in S_1 et un voisinage V de x dans S_1 tel que V\cap A=\emptyset.

Posté par
Rodrigo
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 16:08

Salut,
Je ne crois pas non plus que ton ensemble est soit discret soit dense...il me semble qu'il pourait juste etre contenu dans le demi cercle inférieur...
Néanmoins la demarche de camélia est la bonne à l'aide des accroissements finis on s'en sort...pour simplifier les choses tu peux peut etre travailler dans le tore [0,2pi[

Posté par
Camélia Correcteur
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 16:11

Tu as raison! J'ai dit une grosse bêtise! Il peut être non dense mais pas discret et pas fini. Il n'empêche que si on suppose qu'il y a un ouvert de Sn qui ne contient aucun élément de la suite, je pense que les accroissements finis devraient pouvoir être contredits, mais je ne l'ai toujours pas écrit...

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 17:24

mais sur quel intervalle je dosi appliquer le théorème des accroissements finis, je ne visualise pas du tout le problème.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 17:39

ah oui d'accord, il faut pas l'appliquer il faut le contredire. Bon je vais essayer de rédiger ça.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 17:55

bon petit récapitulatif:

Si A n'est pas dense dans S_1, il existe alors x_0=e^{i\theta_0}\in S_1,\ \theta_0\in \mathbb{R} tel qu'il existe un voisinage V de x_0 dans S_1 tel que V\cap A = \emptyset.

Donc il existe \varepsilon>0 tel que B(x_0,\varepsilon)\cap A = \emptyset,

ie avec |e^{i\theta_0} - e^{if(n)}|\geq \varepsilon pour tout n\geq 1.

Bon après de manière intuitive, on a des f(n) aussi grand qu'on veut et qui se rapporchent de plus en plus à partir d'un certain rang étant donné les hypothèses,
donc ça doit obligatoirement passer au bout d'un moment dans cette boule, mais j'ai un peu de mal à formaliser ça et à faire intervenir le TAF.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 18:21

bon j'avais oublié que f est croissante, ptete pour aç que j'étais autant dans le brouillard.

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 19:21

Bon je ne vois vraiment pas, le seul endroit où j'ai l'impression que ça aurait un sens d'utiliser le TAF c'est de dire que

f(n+1)-f(n) = f'(c) c\in ]n,n+1[ et comme ça on montre que l'écart entre f(n+1) et f(n) tend vers 0, mais je ne vois pas où est la contradiction.

Posté par
Rodrigo
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 19:28

Montre que pour epsilon donné il existe A assez grand tel que tout intervalle de longueur epsilon inclus dans [A,+oo[ contient un point de la forme f(n)

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 20:22

ok, bon

Soit \varepsilon>0. D'après ce que j'ai dit dans mon post de 19:21, il existe N\in \mathbb{N} tel que

n\geq N \qquad \Longrightarrow \qquad f(n+1) - f(n)<\frac{\varepsilon}{2}\qquad \qquad (1).

On pose A=f(N).

Soit I un intervalle de longueur \varepsilon tel que I\subset [A,+\infty[.

Du fait que A=f(N) et que \lim_{x\rightarrow +\infty} f(x)=+\infty on déduit de (1) qu'il existe n\geq N tel que f(n)\in I.

Bon je vais essayer de voir en quoi ça peut m'aider.

Posté par
Rodrigo
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 20:33

Pour la suite remarque aussi que pour trouver un f(n) tel qur exp(if(n)) soit proche d'un exp(it) à epsilon prés alors il suffit que l'on trouve un n tel que f(n) soit dans l'un des intervalles ]t+2npi-epsilon,t+2npi+epsilon[

Posté par
romu
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 20:43

ok, je pensais le dire ainsi:

Soit x_0=e^{i\theta_0}\in S_1.

Par continuité de l'exponentielle complexe, on a pour tout voisinage W de x_0, il existe un voisinage V de \theta_0 tel que \exp(iV)\subset W.

On a \exp(iV) = \exp(i(V+2k\pi)),\ forall k\in \mathbb{Z} par 2\pi-périodicité de l'exponentielle complexe.

On peut ainsi choisir un voisinage V convenable (ie contenant un intervalle respectant les conditions de mon post de 20:22 et donc contenant un f(n)),

et par conséquent A est dense dans S_1.

Merci Rodrigo, encore une fois tu me retires une épine du pied.

Posté par
Rodrigo
re : densité et dérivabilité 17-02-08 à 20:50

Ca marche! Bonne soirée.



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