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Intégrale de Lebesgue

Posté par
CC_
07-03-08 à 14:25

Bonjour,

J'ai un petit souci avec un exo sur l'intégrale de Lebesgue. On nous B+ la tribu borélienne de R+, et dx la restriction de la mesure de Lebesgue. On considère enfin f : (R+, B+, dx) -> R intégrable.

Citation :
1. Soit T réel positif ou nul. Pour tout naturel n et tout réel positif x, on pose : \varphi_{n,T}(x) = \exp(-\exp(n(T-x))) . Déterminer la limite de \varphi_{n,T} lorsque T tend vers l'infini.
2. Montrer que \lim_{n \rightarrow \infty} \int_{R_+} \varphi_{n,T}(x)f(x)dx = \int_{]T,+\infty[}f(x) dx.


Pas de souci pour la 1. (je pense), mais pour la 2. je ne comprends pas, car je trouve \lim_{n \rightarrow \infty} \int_{R_+} \varphi_{n,T}(x)f(x)dx = \int_{[0,T]}f(x) dx... Est-ce moi qui me plante complètement ou y a-t-il une erreur d'énoncé ?

Merci !

Posté par
kaiser Moderateur
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 15:04

Bonjour CC_

Non, pas d'erreur d'énoncé :
Lorsque x est strictement inférieur à T, T-x est positif, donc lorsque n tend vers l'infini n(T-x) tend vers plus l'infini donc -exp(n(T-x)) tend vers \Large{-\infty} et donc l'exponentielle de tout ça tend vers 0.
Lorsque x est strictement supérieur à T, en faisant la même étude, trouve que la limite vaut 1.

Autre chose : comment justifie-tu l'interversion limite-intégrale ?

Kaiser

Posté par
CC_
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 15:14

Hello Kaiser ,

Effectivement, j'ai bien pareil que toi, mais je m'étais débrouillé par je ne sais quel court-circuit neuronal pour dire que la limite de \varphi_{n,T} était 1_{[0,T]}, alors que c'est 1_{]T,+\infty[}, d'où le résultat... Bref... Désolé !

Pour l'interversion, alors j'ai pensé que le plus simple était de décomposer l'intégrale sur [0,T] puis sur ]T,+\infty[ car sur ces deux intervalles, la suite \varphi_{n,T} est monotone, donc on peut appliquer un coup de Beppo-Levi (alors que ce n'est pas possible sur tout R+, je crois ?..)

Posté par
kaiser Moderateur
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 15:22

Désolé, Beppo Levi ne marche pas : il faut que ta suite de fonctions soit positive (f est a priori de signe variable). De plus, pour appliquer beppo-levi, il faut également que ta suite de fonctions soit croissante.

D'une part, elle ne l'est pas forcément, à cause du signe de f qui peut-être variable et d'autre part, même si f est positive, la restriction de ta suite de fonctions à [0,T] sera décroissante (et on ne peut pas appliquer Beppo-levi à une suite décroissante de fonctions positives, du moins pas toujours)

Bref, il faut utiliser autre chose.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 15:24

Je dois partir, je reviendrai un peu plus tard !

Kaiser

Posté par
CC_
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 15:49

Houla voui, en effet... Bon ben au moins j'aurai uniformément quiché sur touit l'exo Histoire de n'avoir aucun regret, autant le faire carrément...

Plus sérieusement, je suppose que ça sent plutôt le théorème dominée que celui de convergence monotone. Je vais y réfléchir de mon côté en attendant !

Merci pour ton aide, Kaiser !

Posté par
CC_
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 16:02

Oui donc ok, si one ssaie le théorème de CD, en posant f_n = \varphi_{n,T}f, on a bien :
1) fn est une suite de fonctions mesurables,
2) fn converge sur R+ tout entier vers la fonction indicatrice 1_{]T,+\infty[}, qui est intégrable
3) |f_n| < |f| pour tout n, et |f| est intégrable.

D'où la conclusion ?..

Posté par
kaiser Moderateur
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 16:56

Oui, c'est effectivement le théorème de convergence dominée qu'il faut utiliser.
Le hypothèses sont bien vérifiées. Cependant, un détail : pour ton point 2), ce n'est pas tout à fait exact. En effet, pour x=T, la suite de fonction converge vers \Large{\frac{1}{e}f(T)}, mais bon qu'à cela ne tienne ; il nous suffit uniquement de la convergence presque partout ce qui est bien le cas. Encore autre chose : c'est probablement une faute de frappe mais je suppose que tu voulais dire que ta suite convergeait (presque partout comme on l'a dit) vers \Large{\mathbb{1}_{]T,+\infty[f}} et non vers \Large{\mathbb{1}_{]T,+\infty[}} tout court.

Du coup, on a bien ce que l'on veut.

Kaiser

Posté par
CC_
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 17:13

Re Kaiser !
Oui bien sûr il manquait un f
Bien vu pour le cas x = T ! Cette théorie de l'intégration de Lebesgue est assez dure à "digérer" pour le moment, je trouve... Va falloir que ça mûrisse un peu ! Merci à toi de m'y aider
A plus !

Posté par
kaiser Moderateur
re : Intégrale de Lebesgue 07-03-08 à 17:23

Mais je t'en prie !
À bientôt sur l' !
ne t'inquiète pas : en faisant ce genre d'exo plusieurs fois, ça va finir par rentrer !



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