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Différence convergence uniforme et simple

Posté par
mathsloveer
23-02-16 à 10:29

Bonjour,
Aujourd'hui j'ai commence à étudier les séries de fonctions: Jusqu'à maintenant j'ai lu c'est quoi la convergence simple et la convergence uniforme: La différence que j'ai constaté c'est l'emlacement du quantificateur quelque soit. Je pense (sauf erreur) que la convergence simple et plus 'vaste' que celle uniforme (par vaste je veux dire que si une série de fonctions converge uniformément alors elle converge simplement) Mais le problème c'est que je n'arrive pas a constater rigouresement la différence entre ces deux notions!!  

Posté par
Recomic35
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 10:56

La suite (f_n) de fonctions définies par  \forall x\in [0,1]\quad f_n(x)=x^n converge simplement sur [0,1] vers la fonction g:[0,1]\to \R définie par g(x)=0 si x\in [0,1[ et g(1)=1. Elle ne converge pas uniformément sur [0,1].

Posté par
mdr_non
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 11:01

bonjour : )

Soient I un intervalle de \mathbb{R} non réduit à un point et \sum u_n une série de fonctions définies sur I et à valeurs dans \mathbb{R} ou \mathbb{C}.
La série de \sum u_n converge uniformément sur I si et seulement si elle converge simplement ET son reste (d'ordre n) converge uniformément vers la fonction nulle sur I.

Pour la convergence simple on sait qu'il y a convergence vers une certaine \tilde{u} sans plus.
Mais pour la convergence uniforme, on a introduit une certaine régularité. Désormais, quel que soit le point de I, la vitesse de convergence en est indépendante et reste la même. Dit autrement, en plus d'une convergence simple, la convergence uniforme donne l'assurance que pour toutes valeurs de I, les fonctions un convergent à la même vitesse vers \tilde{u}.

Posté par
mdr_non
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 11:03

Citation :
Pour la convergence simple on sait qu'il y a convergence vers une certaine fonction \tilde{u} sans plus.

Posté par
mathsloveer
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 11:09

Merci pour l'exemple Recomic ; Je sais déjà des contre exemples mais j'avais besoin d'une explication qui m'aidera a bien 'imaginer' ou plutot visualiser le théorème, c'est ce que mdr_non a fait merci beaucoup !!


Cordialement!!

Posté par
mdr_non
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 11:11

de rien : ) et bonne continuation : )

Posté par
Recomic35
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 11:31

Première remarque : le fait de parler de suites ou de séries de fonctions ne change absolument rien au problème de la différence entre convergence simple et convergence uniforme.
Deuxième remarque : que veut dire "vitesse de convergence" ? cf ?

Posté par
luzak
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 16:01

Bonjour !
@mathslover. Une autre façon de "voir" la différence :
Si la limite simple de (f_n)_n est f, tu traces les courbes représentant f,\;f+\varepsilon,\;f-\varepsilon ce qui te montre une sorte de "bande curviligne".

Si la convergence est uniforme la courbe représentant f_n, pour n assez grand reste dans la bande "curviligne" dessinée.

Quand la convergence n'est pas uniforme  aussi grand que tu prennes n un "morceau" de la courbe représentant f_n sortira de la bande.

Posté par
mdr_non
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 19:27

Recomic35 @ 23-02-2016 à 11:31

Deuxième remarque : que veut dire "vitesse de convergence" ? cf ?
Je dirai que c'est ce rang N de la définition formelle, qui fait que pour tout x de I, |u_n(x) - \tilde{u}(x)| \to 0.
On a la garantit d'avoir le même N pour la convergence uniforme tandis que pour la converge simple on peut avoir un N très petit pour certains points de I et un N extrêmement grand pour d'autre point de I (d'où une convergence lente).

Posté par
mdr_non
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 20:19

Citation :
On a la garantit d'avoir le même N pour la convergence uniforme tandis que pour la converge simple on peut avoir un N très petit pour certains points de I (convergence rapide) et un N extrêmement grand pour d'autres points de I (convergence lente).
Bon je comprends que c'est relatif et qu'il est maladroit de parler de vitesse, petit, grand.

Posté par
Recomic35
re : Différence convergence uniforme et simple 23-02-16 à 20:41

Finalement, on en revient au fait que mathslover ne peut pas faire l'économie d'une bonne compréhension du fonctionnement des quantificateurs :

Convergence simple sur I :
\forall\epsilon>0\ \forall x\in I\ \exists N\ \forall n\geq N\quad |f_n(x)-f(x)| <\epsilon
Pour le prouveur il suffit d'exhiber un N chaque fois qu'on lui propose un \epsilon et un x : le N dépend de \epsilon et de x, il peut changer si on change de x.

Convergence uniforme sur I :
\forall\epsilon>0\ \exists N\ \forall x\in I\ \forall n\geq N\quad |f_n(x)-f(x)| <\epsilon
Ici le prouveur doit, chaque fois qu'on lui propose un \epsilon, être capable d'exhiber un N qui marche pour tous les x de I : le N ne dépend que de \epsilon, il doit être uniforme en x.

L'image de la bande donnée par luzak peut être utile.

Posté par
mathsloveer
re : Différence convergence uniforme et simple 27-02-16 à 01:12

Bonsoir,
Ce que j'ai vraiment compris de ce que mdr_non a dit, C'est qu'un moment donné au plutôt pour un n assez grand les courbes de fn seront ressérée près de celle de f la limite éventuelle. Et comme résumé, la différence existe dans le fait qu'une convergence simple est plus au moins ponctuelle c'est a dire convergence point par point  pendant que la convergence uniforme est plus forte car les graphes des fn seront groupé dans une bande  de taille (comme a mentionné luzac) donc d'une facon globale on controle la différence entre fn et f.

Merci Recomic pour l'explication!!



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