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Niveau maths spé
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f et f'' bornées impliquent f' bornée

Posté par
solidcash
05-12-10 à 19:24

Bonsoir, je viens de passer ma journée sur mes maths et il y a un résultat qui pourtant me parait simple mais que je n'arrive pas à démontrer...

Si f et f'' sont bornée, montrer que f' est également bornée.

D'ailleurs je ne suis pas sur qu'il y ait besoin du fait que f'' soit bornée mais c'est donné dans l'énoncé.
Pourriez me donner une petite idée de démonstration s'il vous plait ? Merci d'avance.

Posté par
kybjm
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 05-12-10 à 20:48

Je suppose que f est une application de dans   de classe C2 au moins, que a = Sup(|f|) et b = Sup(|f "|) sont des réels > 0
.Supposons f ' non bornée . Quitte à remplacer f par -f on peut supposer (et on le fera) que Sup(f ') = + .
f ' étant continue (donc bornée sur tout compact de ) il existe des suites u : n + telles que u(n) tende vers + en croissant et telle que n c(n) := f '(u(n)) arrive dans + et tende aussi vers + en croissant .
Pour chaque entier n soit t(n) > 0 tel que c(n)/2 f '(x) 3c(n)/2  pour x [u(n)-tn , u(n)+tn] .
u(n)u(n)+t(n) f " = f '(u(n)+t(n)) - f '(u(n)) = f '(u(n)+t(n)) - c(n) et -c(n)/2 f '(u(n)+t(n)) - c(n) 3c(n)/2 - c(n) = c(n)/2 .
On a donc 0   c(n)/2 |u(n)u(n)+t(n) f "| bt(n) donc t(n) c(n)/2b
Mais  f(u(n)+t(n)) - f(u(n)) = u(n)u(n)+t(n) f ' t(n)c(n)/2 (c(n))²/4b et alors comme 0 f(u(n) f(u(n)+t(n)) a on a : (c(n))² 4ab .
C'est contradictoire avec c(n) +          

Posté par
Crosius
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 25-08-11 à 18:31

Bonjour et désolé de déterrer ce topic mais j'ai une question concernant l'exercice.

Je tente de le résoudre mais en utilisant les accroissement finis (indication donnée dans l'énoncé), mais je n'y arrive pas, voici ce que j'ai fait:

f C²(,)

Soit x0, on applique le théorème des accroissements finis sur le segment [x0 , x0 + 1]
x1      f(x0+1) - f(x0) = f(x1)

On applique de même à f' et au segment [x1 , x1+1]
   x2      f'(x1+1) - f'(x1) = f"(x2)

Je trouve donc que: f'(x1+1) = f"(x2) +  f(x0+1) - f(x0)
et donc que |f'(x1+1)| M   (avec m = sup f" )



Mais je ne vois pas trop comment faire pour montrer que x1 peut prendre toutes les valeurs de .

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 26-08-11 à 04:24

Bonsoir ;

C'est une application classique de la formule de Taylor-Lagrange :

Pour x\in\mathbb{R} et h\in\mathbb{R}_+^* on a simultanément \boxed{\exists c\in[x,x+h]\;/\;f(x+h)-f(x)=hf^{'}(x)+\frac{h^2}{2}f^{''}(c)} et \boxed{\exists d\in[x-h,x]\;/\;f(x-h)-f(x)=-hf^{'}(x)+\frac{h^2}{2}f^{''}(d)}

d'où par différence \boxed{f^{'}(x)=\frac{f(x+h)-f(x-h)}{2h}-h\frac{f^{''}(c)-f^{''}(d)}{4}}

et donc \boxed{|f^{'}(x|\le\frac{M_0}{h}+h\frac{M_2}{2}}\boxed{M_0=\sup_{\mathbb{R}}|f|} et \boxed{M_2=\sup_{\mathbb{R}}|f^{''}|}

on conclut alors facilement que \boxed{\sup_{x\in\mathbb{R}}|f^{'}(x)|\le\inf_{h\in\mathbb{R}_+^*}\left(\frac{M_0}{h}+h\frac{M_2}{2}\right)}

et une petite étude de fonction (par exemple) donne \blue\boxed{\sup_{\mathbb{R}}|f^{'}|\le\sqrt{2M_0M_2}} sauf erreur bien entendu

Posté par
Crosius
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 26-08-11 à 16:02

Merci elhor_abdelali, je connaissais cette démo mais je ne m'en souvenais plus trop ^^'. Mais là l'exercice le demande avec les accroissements finis seulement je n'arrive pas à trouver avec ce théorème, car pour trouver le résultat avec le th de taylor lagrange il faut aller au rang 2 or les accroissements finis c'est taylor lagrange à l'ordre 1. Aurais tu une idée s'il te plait?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 27-08-11 à 13:52

OK !

On se donne x\in\mathbb{R} et on considère la fonction \boxed{\varphi:h\to f(x+h)-f(x)-hf^{'}(x)} . On a d'après les accroissements finis

\boxed{\forall h\;,\;\exists c\;/\;f^{'}(x+h)-f^{'}(x)=hf^{''}(c)} donc \boxed{\forall h\;,\;\left|f^{'}(x+h)-f^{'}(x)\right|\le M_2|h|} c'est à dire \boxed{\forall h\;,\;\left|\varphi^{'}(h)\right|\le M_2|h|}

et donc , toujours d'après les accroissements finis , \boxed{\forall h\;,\;\left|\varphi(h)-\varphi(0)\right|\le M_2h^2} c'est à dire \boxed{\forall h\;,\;\left|f(x+h)-f(x)-hf^{'}(x)\right|\le M_2h^2}

ce qui donne \blue\boxed{\forall h>0\;,\;\left|f^{'}(x)\right|\le M_2h+\frac{2M_0}{h}} ... sauf erreur bien entendu

Posté par
Crosius
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 27-08-11 à 22:32

Merci bien! Je m'acharnais à prendre un intervalle [x ; x+1] et la fonction f pour appliquer les accroissements finis mais cela ne servait à rien, merci encore =).

Posté par
otto
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 28-08-11 à 15:48

Bonjour,
ça n'a pas été précisé alors je tiens à le faire parce que c'est quand même important.

La condition de f" bornée est importante parce que si f(x)=sin(1/x) on a
f'(x)=-cos(1/x)/x^2 qui n'est clairement pas bornée alors que f l'est.

Une fonction peut donc être bornée sans que ses variations le soient, ce qui est quand même naturel, on peut faire des oscillations de plus en plus rapprochées et de même hauteur pour s'en convaincre. C'est ce que fait la fonction que je donne plus haut.

Ce poste répond à la remarque de solidcash qui pensait que ce n'était pas nécessaire d'avoir f'' bornée.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 28-08-11 à 16:46

Bonjour ;

C'est exact otto je n'avais pas bien lu le post de solidcash !

Posté par
otto
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 28-08-11 à 17:59

Pas de problème, je voulais que ce soit clair pour ceux qui auraient pu continuer à penser qu'une seule des condition était suffisante.

Posté par
hiimgosu
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 02-12-17 à 23:51

Bonsoir ,
je ne veut pas faire un autre topic qui parle de la même chose , donc je voudrais juste poser une petite question :
d'ou vient l'idée de poser la fonction par  elhor_abdelali  pour appliquer le théorème des accroissements finis .
Merci d'avance

Posté par
jsvdb
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 03-12-17 à 00:50

Bonsoir hiimgosu
Le but est de "choper" f' et de regarder sa bornitude.
Or choper f' en un point x donné, c'est regarder le comportement du rapport (f(x+h) - f(x))/h.
Le TAF dit que si f' est borné pour tout x réel, alors ce rapport l'est également pour tout x et h réel (h 0).
Mais l'inverse n'est pas forcément vrai dans la mesure où la dérivée n'existe pas toujours en tout point (cf la valeur absolue en 0)
Mais là, comme f'' existe, si ce rapport est borné alors f', qui existe en tout point, l'est aussi. D'où l'idée de le comparer à f' en se débarassant en plus du problème h = 0 en posant \varphi (h) = f(x+h) - f(x) - h.f'(x)

Posté par
jsvdb
re : f et f'' bornées impliquent f' bornée 03-12-17 à 00:51

Bien entendu, à rapprocher de Fonctions réelles



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