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Niveau Maths sup
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Produit scalaire

Posté par
lea75014
23-08-23 à 17:00

Bonjour
Je dois montrer que l'application suivante n'est pas un produit scalaire sur F. Je pense que l'application n'est pas définie, mais je ne sais pas comment le montrer, et je ne trouve pas de contre-exemple :

Soit F l'espace vectoriel des fonctions continues de R dans R
et l'application :  Ψ : (f,g) -->\int_{0}^{1}{f(t)g(t)}dt

Il faudrait que je trouve un contre exemple tel que \int_{0}^{1}{f(t)g(t)}dt=0 mais que f soit différente de la fonction nulle

Merci de votre aide

Posté par
Rintaro
re : Produit scalaire 23-08-23 à 17:36

Bonjour, l'application est bien définie, attention à la terminologie employée (ça peut être une question supplémentaire de montrer que les intégrales considérées existent bien).

Pour ton idée : c'est tout à fait ça. Commence par des dessins, je pense que prendre f et g des fonctions affines par morceaux est assez simple.

Posté par
larrech
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:01

Bonjour,

2  fonctions non nulles peuvent être orthogonales vis à vis d'un produit scalaire donné.

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:14

Oui, on utilise le terme défini pour dire que si <f,f>=0 alors f=0
Mais je ne trouve pas d'exemple tel que <f,f>=0, pour f différent de la fonction nulle... Avez-vous une idée ?

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:17

larrech @ 23-08-2023 à 18:01

Bonjour,

2  fonctions non nulles peuvent être orthogonales vis à vis d'un produit scalaire donné.


Bonjour, avez-vous un exemple je ne comprends pas très bien

Posté par
matheux14
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:31

Salut,

Il faut choisir f(t) comme une fonction oscillante qui s'annule sur [0,1], mais qui n'est pas identiquement nulle.

Perso je prends f(t) = \sin(2\pi t).

Pour g(t), je choisirais une fonction qui est également oscillante et qui s'annule sur [0, 1], mais de manière différente de f(t).

Donc choix judicieux serait g(t) = \cos(4\pi t).

On a bien \begin{aligned} \int^1_0 f(t) g(t) d t = 0 \end{aligned}.

Posté par
larrech
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:39

Je voulais dire que ce n'est pas parce qu'on va trouver 2 fonctions f et g non identiquement nulles telles que  \int_{0}^{1}{f(t)g(t)}dt=0 qu'on aura prouvé qu'il ne s'agit pas d'un produit scalaire. Les 2 fonctions seront orthogonales c'est tout.

Par contre si tu trouves une fonction f  non identiquement nulle sur \mathbb{R} telle que pour tout g  \int_{0}^{1}{f(t)g(t)}dt=0 alors oui il ne s'agira pas d'un produit scalaire.

Je pense qu'en l'espèce c'est le domaine de définition des fonctions qui ne convient pas.

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:48

Mais pour montrer que le produit scalaire est n'est pas défini il faut montrer que <f,f>=0 puis que f n'est pas la fonction nulle, donc on utilise une seule fonction, or la vous évoquez 2 fonctions différentes f et g. Peut-on faire ça ?

Posté par
larrech
re : Produit scalaire 23-08-23 à 18:53

Justement tu peux prendre pour f la fonction égale à

x sur ]-, 0[
0 sur [0,1]
x-1 sur ]1, +[

elle est continue et n'est pas identiquement nulle sur et cependant...

Posté par
Rintaro
re : Produit scalaire 23-08-23 à 19:20

Bonjour larrech, merci, j'ai lu trop vite ! Je ne sais pas vraiment à quoi je pensais en rédigeant ma réponse....

Posté par
Rintaro
re : Produit scalaire 23-08-23 à 19:20

il s'avère que mon idée fonctionne d'après ton message, j'ai de la chance dans mon malheur !

Posté par
MattZolotarev
re : Produit scalaire 23-08-23 à 19:38

lea75014 @ 23-08-2023 à 18:48

Mais pour montrer que le produit scalaire est n'est pas défini il faut montrer que <f,f>=0 puis que f n'est pas la fonction nulle, donc on utilise une seule fonction, or la vous évoquez 2 fonctions différentes f et g. Peut-on faire ça ?


Non, on ne peut pas. Un produit scalaire est une application bilineaire symétrique définie positive.  Ce dernier point dit que, dans cet exemple,

\forall f\in F, \Psi(f,f)\geqslant 0, et si \Psi(f,f)=0 \Longrightarrow f=0.

Donc pour montrer quelle n'est pas définie positive, on nie cette phrase : il suffit de montrer qu'il existe f\in F telle que \Psi(f,f)<0 ou telle que f\neq 0\ et\ \Psi(f,f)=0

L'exemple de larrech est un exemple de fonction f\in F qui contredit le fait que \Psi est définie positive.

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 20:20

larrech @ 23-08-2023 à 18:53

Justement tu peux prendre pour f la fonction égale à

x sur ]-, 0[
0 sur [0,1]
x-1 sur ]1, +[

elle est continue et n'est pas identiquement nulle sur et cependant...


Mais comme on s'intéresse au morceau [0,1], la fonction est nulle dans votre exemple

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 20:21

MattZolotarev

Avez-vous un exemple de fonctions qui respectent ces critères car je n'en trouve pas...

Posté par
MattZolotarev
re : Produit scalaire 23-08-23 à 21:12

lea75014 @ 23-08-2023 à 20:21

MattZolotarev

Avez-vous un exemple de fonctions qui respectent ces critères car je n'en trouve pas...


J'insiste, l'exemple de larrech fonctionne :

Même si le produit scalaire fait intervenir une intégrale uniquement sur le segment [0,1], l'espace vectoriel F sur lequel tu travailles est celui des fonctions continues, définies sur \mathbb{R} et à valeurs dans \mathbb{R}.

La fonction proposée par larrech est bien une fonction continue définie sur \mathbb{R} et à valeurs dans \mathbb{R}, donc est bien dans F. Elle est bien non nulle parce qu'elle n'est pas identiquement nulle (ça veut dire qu'on n'a pas f(t)=0 pour tout réel t).

Et on a bien que \Psi(f,f)=0 sans que f ne soit nulle : même si elle est nulle sur [0,1], segment sur lequel on intègre dans le produit scalaire, elle n'est pas nulle sur tout \mathbb{R}. Donc ça suffit à démontrer que \Psi n'est pas définie positive.

Posté par
lea75014
re : Produit scalaire 23-08-23 à 21:43

Ah oui d'accord, je ne l'avais pas vu comme cela.
Merci beaucoup pour votre explication très claire !
Bonne soirée à tous.



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