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suites de fonctions et convergence(dernier)

Posté par
robby3
20-04-07 à 15:25

Bonjour à tous, je termine cette série par un dernier exercice afin d'asseoir définitivement les bases de ce chapitre...

\rm Soient I=[0,2] et f_n(x)=\frac{x^n}{1+x^n}
 \\ 
 \\ Montrer que f_n converge simplement sur I.
 \\ 
 \\ Sur quels intervalles la convergence est-elle uniforme?
 \\ Montrer que:
 \\ 
 \\ \large \lim_{n\to +\infty} \Bigint_0^2 f_n(x)dx=1

voici mes réponses:

\rm \frac{x^n}{1+x^n}=\frac{x^n+1-1}{1+x^n}=1-\frac{1}{1+x^n}
 \\ 
 \\ donc convergence simple vers la fonction nulle.
 \\ 
 \\ Ainsi si f_n converge uniformement c'est vers la fonction nulle.
 \\ 
 \\ CVU sur [0,2]?
 \\ 
 \\ |\frac{x^n}{1+x^n}-1|=1-\frac{x^n}{1+x^n}
 \\ je calcu la dérivé,elle est négative donc 
 \\ 1-\frac{x^n}{1+x^n} decroissante et le sup est atteint en 0 et vaut 1
 \\ =>pas de CVU de f_n sur [0,2]
 \\ 
 \\ CVU sur [a,2] avec a>0?
 \\ 
 \\ le sup est atteint en a et vaut: 1-\frac{a^n}{1+a^n}=\frac{1}{1+a^n}->0 qd n->\infty
 \\ 
 \\ donc CVU sur [a,2] a>0.
 \\ 
 \\ pour la limite de l'inétgrale,je sais pas trop

Merci de votre aide pour cette derniere question.

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:29

Bonjour robby

Pourquoi vers la fonction nulle ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:32

et bien je pensais que x^n->+oo pour n->oo
ahh oui,mais pour 1 c'est 1/2!! c'est ça donc ça converge simplement vers f(x)=0 sixdifférent de 1 et 1/2 si x=1
non?

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:33

non et puis c'est ça!!

f(x)=1 si x différent de 1 et 1/2 si x=1.

correct?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:33

et lorsque x appartient à ]1,2] ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:35

pour x dans ]1,2] c'est vers 1 que ça converge simplement non?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:38

Citation :
pour x dans ]1,2] c'est vers 1 que ça converge simplement non?


OK !
et lorsque x est dans [0,1[ (car tu semblais ne pas distinguer les cas selon que x était inférieur à 1 ou supérieur à 1).

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:42

dans [0,1[ ça converge vers 0...n'est-ce pas?

donc on a fn->f ou f est définie par

1/2 si x=1
0si x<1
1si x>1

correct?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:44

OK, c'est bon !
et pour la convergence uniforme ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:47

alors la ça change des choses!!

et bien le raisonnement que j'avais fais est juste me semble t-il mais il faut distinguer selon que a>=1 et 0<a<1

si a>=1 il n'y a pas CVU.

si 0<a<1 il y a convergence uniforme.
et pas de CVU sur [0,2].
exact?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:50

et en ce qui concerne les intervalle du type [0,a] ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:51

(je vais chercher ma soeur à l'école et je reviens ...15 minutes)

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 15:53

OK, à tout à l'heure !

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:15

Re,

pour les intervalles du type [0,a],le sup est atteint en 0 donc vaut 1, il n'y a pas convergence uniforme.
Non?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:17

le sup est atteint en 0 ? tu es sûr ? et surtout pour quelle valeurs de a ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:24

la dérivée reste la meme non?
sur [0,a] mais c'est toujours avec a>0 non?

donc le sup sera atteint en 0...je vois pas pourquoi c'est faux(parce que c'est faux si tu poses la question!)

avec 1>a>0,on a le sup qui va valloir 0 =>CVU sur [0,a] avec 1>a>0

et si 1=>a>0,le sup ça va etre 1/2 donc pas CVU

c'est pas ça?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:32

mais en 0, ça vaut 0 ?
(d'ailleurs, le sup de quoi ? peut-être que l'on ne parle pas de la même chose)

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:43

bah moi c'est le sup|fn-f| non?

ou f c'est la fonction définie avec la convergence simple.

Citation :
mais en 0, ça vaut 0 ?

si tu veux dire fn(0)=0 oui,mais quand on sépare les intervalles si tu veux parler du sup je crois que c'est pas pareil...

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:45

oui mais en 0, f vaut 0 (car lorsque x est dans [0,1[, \Large{f_{n}(x)} tend vers 0).

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:49

ouii je suis d'accord.
??

donc ça veut dire que si le sup est atteint en 0,il vaut 0 et y'a CVU.
si oui ok(16:24).

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 16:50

si le sup c'est 0, ça veut dire \Large{f_{n}(x)=f(x)} pour tout x dans [0,1[ ce qui est faux.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:02

humm je comprend plus rien du tout!

\rm f_n converge simplement sur [0,2] vers f definie par:
 \\ 
 \\ \forall x\in [0,2]:
 \\ 
 \\ f(x)=0 si x<1 \frac{1}{2} si x=1 1 si x>1
 \\ 
 \\ on a montre qu'il n'y avait pas CVU sur [0,2]
 \\ on cherche les intervalles sur lesquels il y a CVU:
 \\ 
 \\ on etudie [a,2] ou a>0:
 \\ 
 \\ on distingue 2 cas:
 \\ a\ge 1 la il n'y a pas CVU
 \\ 
 \\ 0<a<1 il y a CVU
 \\ 
 \\ ensuite on regarde les intervalles du type [0,a] avec 2>a>0
 \\ 
 \\ on distingue si a=1,a>1 et a<1 non?
si oui je continue.

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:08

Tu es sûr que tu n'as pas inversé les deux cas ?
Autre chose ; tu oublies les intervalle du type [a,b] avec a > 0 et b < 1.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:13

les deux cas?
a vrai dire j'essaie de m'y retrouver,je crois que c'est ça.

je poursuis ce que je disais:
\rm a=1 pas CVU; 1<a<2 CVU et 0<a<1 CVU
 \\ 
 \\ ensuite on regarde les intervalles [a,b] avec a>0,b<1
 \\ il y a CVU,le sup atteint en a ...
 \\ 
 \\ est-ce bien cela?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:20

Citation :
les deux cas?

regarde ton message de 17h02,lorsque tu dis qu'il y a convergence uniforme sur [a,2] si et seulement si a est entre 0 et 1.
ça c'est faux.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:33

mais sur [a,2] avec 0<a<1 on distingue deux sous cas je dirais:

en effet: soit 1<x<2 et alors f(x)=1,pas CVU
soit 0<x<1 et alors f(x)=0 et y'a CVU,le sup étant atteint en 2.

bref j'ESPERE que c'est ça.

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:36

je ne comprends pas pourquoi tu distingues encore deux sous-cas !
la convergence uniforme c'est sur tout l'intervalle qu'il faut l'étudier.
De plus, on peut tout de suite dire qu'il n'y pas convergence uniforme sur [a,2] si a est inférieur à 1.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 17:42

......
quand on écrit [a,2] avec a>0

on est d'accord que plusieurs cas sont possibles!

a>0 oui mais a=1,a>1,0<a<1 sont possibles!

si a<1, ça veut dire que x est dans [a,2],0<a<1
ce que je comprend pas c'est la suite de la réflexion!

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 18:31

OK mais j'avais l'impression que tu distinguais des sous-cas, dans le cas a < 1.

Sinon, comme je le disais on peut tout de suite dire qu'il n'y pas convergence uniforme sur [a,2] lorsque a est inférieur ou égal à 1.
En fait, on peut dire mieux : il n'y pas convergence uniforme sur tout intervalle contenant 1.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 18:41

mais pourquoi donc?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:11

ta suite de fonction est constituée de fonction continues donc si elle converge uniformément sur un intervalle I, alors la limite est continue sur I.
Mais f n'est continue sur aucun intervalle contenant 1 donc les seuls intervalles sur lesquels il y a éventuellement convergence uniforme sont du type [0,a] avec a < 1 ou [a,2] avec a >1.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:25

ah effectivement,j'avais pas vu,j'ai pas penser à utiliser comme cela cette propriété.

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:29

il y a donc CVU uniquement sur [0,a] a<1.

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:36

Pour ma part, je trouve aussi qu'il y a CU sur les intervalles du type [a,2] avec a > 1.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:43

ahh oui ok,c'est bon j'ai refait,j'avais oublié un 1...

ok.
pour la suite,on décompose de 0 à 1 et de 1 à 2?
ou bien c'est ça du tout?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:46

avant tout une question : connais-tu le théorème de convergence dominée ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:49

et bien en faite dans mon cours j'en ais deux,j'en est d'ailleurs discuter avec otto.

j'ai celui de Beppo-levi avec fn<=f_n+1,avec fn croissante,continue... et puis j'ai l'autre avec la majoration de la valeur absolue par une fonction continue par morceaux.

donc si c'est ceux la oui!


Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:51

ici, la convergence dominée me parait plus appropriée !
En général, lorsque l'on est sur un segment et qu'il n'y pas convergence uniforme, ça marche assez bien.

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:57

ok j'y crois!!

|\frac{x^n}{1+x^n}|\le 1
donc convergence dominée (dite piétonne dans mon cours? va savoir pourquoi?)...c'est la deuxieme que je t'ai énoncé que j'utilise ici et alors:
\lim_{n\to \infty} \Bigint_^2 f_n(x)dx=\Bigint_0^2 f(x)dx
mais f(x) varie la position de x par rapport à 1...

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:58

Citation :
mais f(x) varie la position de x par rapport à 1...


Je ne comprends pas !

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 19:59

f(x)=0 si x<1,1/2 si x=1 1 si x>1:?
non?

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 20:27

oui mais où est le problème ?

Kaiser

Posté par
robby3
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 20:30

ok non c'est bon,merci encore Kaiser!

c'est ok!
j'en ai fini avec les suites de fonctions,je pense que ce n'était pas un exercice inutile.

Merci à tout à l'heure ou a une prochaine fois.

Posté par
kaiser Moderateur
re : suites de fonctions et convergence(dernier) 20-04-07 à 20:33

OK, à plus tard !



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