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Niveau Maths sup
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Exo analyse (3)

Posté par
Rouliane
17-03-07 à 17:28

Bonjour,

Un petit exo d'analyse accessible en sup.

Montrer que touter fonction convexe sur [a,b] est bornée.

Ehlor, merci d'attendre un peu

Posté par
Ksilver
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 17:40

Salut !


euh... une fonction convexe c'est continu ca non ? et en géneral les fonction continu sur un segments ba...

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 17:52

non, une fonction convexe n'est pas forcément continue.

Il me semble que la fonction définie sur R+ par f(0)=1 et f(x)=0 pour x > 0 est convexe, mais je me rappelle plus comment on le montre

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 17:57

En fait une fonction convexe est continue pour tous les points intérieurs à I, mais peut etre discontinue aux bornes de I

Posté par
Ksilver
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 17:59

ouai, tu as raison le résultat exacte c'est une fonction convexe sur un ouvert est continu.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 18:00

Tu saurais comment montrer que la fonction définie dans mon message de 17:52 est convexe ?

Posté par
Ksilver
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 18:05

ba... en vérifiant à la main l'inégalité de convexité ca marche pas ? (en dissociant les cas a=0 ou b=0 et a et b >0 )

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 18:35

oui, surement.

Sinon, pour revenir à l'exercice, la majoration se montre assez facilement.

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 21:58

Bonjour,

si f est convexe sur [a,b] alors pour tout x=ta+(1-t)b on a:

3$f(ta+(1-t)b) \leq tf(a)+(1-t)f(b) \leq sup(f(a),f(b))

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 21:58

c'est ça !

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 22:05

J'ai montré que majorée la.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 22:05

je sais

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 22:59

J'ai envie de dire que ca se voit vu que la courbe d'une fonction convexe est au-dessus d'une de ses tangentes par exemple.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:12

Ca se voit mais il vaut le montrer

Petite indication : soit 3$ t_x=\frac{a+b}{2} - x. On a 3$ \frac{a+b}{2} - t_x = a+b-x \in [a,b]

Alors 3$ f(\frac{a+b}{2}) = f[\frac{x}{2} + \frac{1}{2}(\frac{a+b}{2}-t_x)] \le ...

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:14

Oui mais géométriquement,une fonction convexe est forcément dérivable en au moins un point de [a,b] par exemple en c il me semble et dans ce cas la pour tout x dans [a,b],f(x)>=(x-c)f'(c)+f(c).

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:15

Pardon c'est 3$t_x=x- \frac{a+b}{2}

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:19

Il me semble qu'on peut juste dire qu'elle admet en tout point de l'intérieur une dérivée à gauche et à droite, mais rien ne prouve qu'elle soit dérivable en au moins un point.

Non ?

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:25

Je crois qu'une fonction convexe est dérivable sauf en un nombre dénombrable ou un truc dans le genre ca doit se prouver avec l'histoire de la dérivée à droite et à gauche en considérant l'ensemble des points ou elles diffèrent.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:29

Oui, peut-etre, je ne maitrise pas assez ça, dans ce cas ça marcherait ce que tu as dit

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:39

J'ai un peu la flemme de faire avec ton indication je te le cache pas

Quelle est l'idée géométriquement parlant?

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:47

Ben géométriquement j'ai pas compris ce que ça représentait

J'avais trouvé ça sur un forum.

On a en fait : 3$ \fbox{ f(\frac{a+b}{2})=f[\frac{x}{2}+\frac{1}{2}(\frac{a+b}{2}-t_x)]\le \frac{1}{2}f(x) + \frac{1}{2}f(\frac{a+b}{2}-t_x)}.

J'ai du mal à visualiser ce que ça représente géométriquement, si t'arrives à capter, je veux bien que tu me le dise

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:49

Oui parce que pour trouver ca faut bien l'avoir pensé géométriquement enfin sinon je vois pas comment ca sort du chapeau en tout ca rien ne sort du mien sans dessin

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:50

Moi non plus

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 17-03-07 à 23:56

Mais c'est bien vu

Sinon on peut pas dire que par exemple sur [a,(a+b)/2] la courbe est au-dessus de la droite qui relie a+b/2 à b.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:04

et ?

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:05

Et bien c'est minoré par une fonction affine,et on fait pareil sur [(a+b)/2,b].

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:10

ah oui.

Mais en fait, je pensais aussi faire ce genre de truc, mais vu la solution de l'exo, je me demande s'il y a pas des fonctions convexes qui justement ne vérifient pas celà.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Exo analyse (3). 18-03-07 à 00:12

Bonsoir ;
Rouliane , comment on montre qu'une fonction convexe sur [a,b] est continue sur ]a,b[ ?

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:17

Je sais plus

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:20

Je me permets alors de répondre : ça se montre en utilisant la croissance des pentes.

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:24

La croissance de la fonction x --> 3$ \frac{f(x)-f(a)}{x-a } ?

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:25

Tu montres qu'elle est localement lipschitzienne?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:25

pas avec a !
En fait, il faut considérer c dans l'intervalle ouvert et considérer cette application mais en remplaçant a par c.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:26

Cauchy> pas du tout ! plus simple !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:26

le a n'est pas le a de l'énoncé bien sur, c'est un reflexe de ma part d'écrire avec a

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:27

OK !
Dans ce cas oui !

Kaiser

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Exo analyse (3). 18-03-07 à 00:28

Veux tu détailler cela Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:40

OK !

Si c est un élément de l'intervalle ]a,b[, on sait que l'application \Large{\varphi_{c}} définie sur \Large{]a,b[} privé de c par \Large{\varphi_{c}(x)=\frac{f(x)-f(c)}{x-c}} est croissante sur cet ensemble.
En particulier, d'après le théorème de la limite monotone, cette fonction admet des limites à droite et à gauche de c.
Montrons que ces limites sont finies.
si x < c, alors \Large{\varphi_{c}(x)\leq \varphi_{c}(\frac{b+c}{2})} (comme c est différent de b, (b+c)/2 est différent de c et de b) donc la limite à gauche est finie.
si x > c, alors \Large{\varphi_{c}(x)\geq \varphi_{c}(\frac{a+c}{2})}(comme c est différent de de a, alors (a+b)/2 est différent de a et c) donc la limite à droite est finie.

Cela veut donc dire que f admet des dérivées à gauche et à droite de c.
En particulier, elle est continue en c.

Kaiser

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:42

En écrivant l'inégalité des trois pentes,on peut obtenir la lipsichitiannité sur tout segment de [a,b] non?


Si [u,v] est un segement de [a,b] et x,y dans [u,v] alors il existe u' et v' tels que :

a<u'<u<x<y<v<v'<b donc:

3$\frac{f(x)-f(y)}{x-y} \leq \frac{f(v)-f(y)}{v-y} \leq \frac{f(v')-f(v)}{v'-v}
meme chose dans l'autre sens.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Exo analyse (3). 18-03-07 à 00:45

OK Kaiser ;
Peut-on montrer de même que f admet une limite à droite de a et à gauche de b ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:49

OK, Cauchy !
elhor > je crois bien que c'est vrai ! j'y réfléchis !

Kaiser

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:51

Comment on dit je crois que le mot lipschtiziannité n'existe pas

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:52

J'ai pourtant eu des profs qui le disent !

Kaiser

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 00:55

Oui moi aussi

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 01:03

Sinon, une autre idée : si on prend 3 points A, B et C d'abscisse xA, xB et xC.

Si on prend un point d'abscisse x compris entre A et B, il existe t dans [0,1] tel que x=(1-t)x_B + tx_A .
Par convexité, 3$ f[(1-t)x_A + tx_B] \le (1-t)f(x_B)+tf(x_A)

en faisant tendre t vers 0, la membre de droite de l'inégalité tend vers f(x_B).

Il faudrait trouver maintenant une minoration du même type pour en déduire la continuité à droite, mais j'arriver pas à trouver.

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 01:14

kaiser je comprends pas la conclusion de ta démo :  en quoi le fait que ta fonction admette des dérivées à droite et à gauche de c entraine qu'elle soit continue en c.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 01:17

Par exemple, l'expression \Large{\frac{f(x)-f(c)}{x-c}} tend vers une limite finie lorsque x tend vers c par valeurs inférieures donc f(x) tend vers f(c) lorsque x tend vers c par valeurs inférieures.
En effet, on a \Large{f(x)-f(c)=(x-c)\frac{f(x)-f(c)}{x-c}}

Ainsi, f est continue à gauche.
De même, f est continue à droite.

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 01:20

ah oui, merci

Posté par
kaiser Moderateur
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 01:20

Posté par
Cauchy
re : Exo analyse (3) 18-03-07 à 02:25

Une idée pour la question d'elhor?

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