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Suites et séries de fonctions

Posté par
H_aldnoer
21-04-07 à 14:19

Bonjour,

pouvez vous m'aidez sur l'exercice suivant ?
Soit (f_n)_{n\ge1} la suite de fonctions de [0,1] dans \mathbb{R} définie par n\ge 1 :
f_n(t)=t^2 si t=1 ou t\in[0,1-\frac{1}{n}]
f_n(t)=t^2+n^2t-n^2+n si t\in]1-\frac{1}{n},1[

1/Montrer la convergence simple vers une fonction f à déterminer
2/Comparer lim_{n\to+\infty}\Bigint_{0}^1f_n(t)dt et \Bigint_{0}^1f(t)dt
3/Y'a-t-il convergence uniforme vers f ?

Dans la première question, j'ai déjà bien du mal :
si t=1 ou t\in[0,1-\frac{1}{n}] on a clairement que f_n\longrightarrow_{n\to +\infty} t^2
mais si t\in]1-\frac{1}{n},1[, je n'arrive pas à trouver la limite!

Posté par
Rouliane
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:23

Bonjour,

sur ]0,1[ ça converge vers t² et en 1 aussi donc c'est fini, non ?

Posté par
robby3
Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:24

Sauf erreur ça converge vers t² tout le temps.
On fixe t on regarde quand n est grand.

Posté par
robby3
Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:25

Re Rouliane!

la deuxieme c'est le theoreme de convergence dominée de Beppo levi je crois...fn<=f_n+1.

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:26

Le problème dans le second cas, je fixe t0=\frac{1}{2} par exemple, mais à n=3, t n'est plus dans ]1-\frac{1}{n},1[

Posté par
Rouliane
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:26

Non, le deuxième on calcule directement et on regarde s'il y a égalité pour conclure sur la 3)

Posté par
otto
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:26

Bonjour,
comme déjà dit dans un autre post à Robby il y'a environ 3 jours, t ne peut pas être dans ]1-1/n,1[ pour n suffisament grand.

Comment est-ce que la limite pourrait dépendre de n, vue que f est la limite lorsque n tend vers l'infini. La limite ne peut pas dépendre de n, si?

La limite est bien f(t)=t^2 sur [0,1].

Que trouves tu pour la question 2?

Posté par
Rouliane
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:27

H_aldnoer > quand n est très grand, t ne sera jamais dans ]1-1/n,1[

Posté par
Rouliane
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:27

grillé par otto, que je salue au passage

Posté par
otto
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:28

Robby, le théorème de Beppo Levi est le théorème de convergence dominée, non de convergence monotone.

Ici on peut calculer directement les intégrales et leurs limites.

Vue la façon dont est construit l'exo, surement que justement les intégrales ne sont pas égales ...

Posté par
otto
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:28

Salut à toi Rouliane et aux autres
a+

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:30

ahh Salut Otto (t'as vu y'a pas que moi qui y pige rien à ces trucs)

dans mon cours Beppo-levi c'est convergenece monotone ?!

mais c'est vrai que les intégrales sont calculables

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:30

Bonjour à tous

Citation :
le théorème de Beppo Levi est le théorème de convergence dominée, non de convergence monotone.


otto > tu n'aurais pas inversé par hasard ?

Kaiser

Posté par
otto
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:32

Oui c'est ce que je voulais dire, robby disait que c'était le théorème de convergence dominée et en voulant le corriger j'ai repris ses propos

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:32

otto > chacun son tour !

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:36

Je n'ai pas compris comment raisonner pour trouver t² comme limite.
Dans le 2), je trouve que \Bigint f(t)dt=\frac{1}{3} (en admettant donc que t²=f(t) )

et

ensuite je trouve que \lim_{n\to +\infty} \Bigint f_n(t)dt=+\infty

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:37

voila(j'ai pas fait les calculs)...donc d'aprés le theoemer deconvergence dominée, il n'y a pas convergence uniforme

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:39

Citation :
donc d'aprés le theoemer deconvergence dominée, il n'y a pas convergence uniforme


hein ?

Kaiser

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:40

Ceci est-il correcte :
si f_n cvu vers f sur [0,1] (ou tout compact) alors \Bigint_{0}^1f_n(t)dt converge vers \Bigint_{0}^1f(t)dt ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:41

Bonjour
Je vais moi aussi essayer de t'expliquer. Prends un point a fixé. Si a<1, que vaut fn(a)?
Au début on s'en fiche. Ce qui est sûr, c'est que quand n augmente, on finira par avoir a<1-(1/n), donc fn(a)=a2 et la suite fn(a) est stationnaire de valeur a2. Est-ce plus clair? Sinon, prends a=2/3 et regarde les fn(a).

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:42

comment cela : tout compact de [0,1] ou alors en remplaçant [0,1] par n'importe quel compact ?

Kaiser

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:42

Oui, a ta dernière question. Comme tu ne trouves pas la même chose, c'est sûr que la covergence n'est pas uniforme.

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:42

Kaiser dédolé:

s'il y avait convergence uniforme on aurait égalité ce qui n'est pas le cas,donc pas CVU?
non?

Posté par
otto
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:43

Mais que vient faire le théorème de convervence dominée ici?

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:43

salut Camélia

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:43

robby > là, c'est OK !

Kaiser

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:44

OK! (j'ai compris ce qu'il fallait pas dire)

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:45

Camélia :
si a<1, on se place sur quel intervalle ?
[0,1-\frac{1}{n}] ou ]1-\frac{1}{n},1[ ?

kaiser :
Je veux dire, tout intervalle fermé du type [a,b]

otto :
je ne connais pas ce théorème.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:47

Citation :
kaiser :
Je veux dire, tout intervalle fermé du type [a,b]


oui, ça marche si on remplace [0,1] par n'importe quel segment !

Kaiser

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:49

Eh bien, c'est là que tu coinces. Tu regardes dans quel intervalle est a, et ceci dépend de n.

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 14:55

j'ai pas trop capté ...
mais si t\le 1-\frac{1}{n} cad si n\ge \frac{1}{1-t} eh bien fn vaut tout le temps t² non ?

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:00

a<1 tu prend le premier intervalle que tu cites il me semble.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:03

Oui, c'est pour ça que la suite est stationnaire; dès que 1-1/n a dépassé t, ça reste t2.

En fait le graphe de fn est la parabole jusqu'à 1-1/n, et un bout bizarre sur l'intervalle restant qui, lui, est de plus en plus petit. En revanche l'aire de ce qui est coincé sur cette petite bande est très grande.

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:05

Ok!
J'pense avoir compris merci à tous!

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:10



C'est vraiment important!

Essaye avec cette suite (si tu veux) sur [0,1] pour n2

f_n(x)=\{ \begin{array}{ccc} nx & si & x\in[0,1/n] \\ 2-nx & si & x\in[1/n,2/n]\\ 0 & si & x\in[2/n,1]\end{array}

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:14

>Camélia: tu as fabriqué cet exercice à partir de celui ou  que je j'avais poster?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:17

Salut robby3
Je n'ai pas vu ce que tu avais posté (il y avait déjà beaucoup de réponses et du beau monde sur le coup). Cet exo est un des premiers que je faisais faire à mes étudiants car le graphe est très facile à tracer et on voit bien comment joue le fait que l'intervalle rétrécit.

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:19

ah ok c'est parce qu'il y ressemble beaucoup!

interressant!
j'y réfléchis.

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:19

que dois-je faire camélia ?
trouver la limite simple ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:22

Oui, trouver la limite simple et montrer que la convergence n'est pas uniforme.

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:25

je commence juste...pour x=0 f(x)=2 ?
je réfléchis à la suite.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:26

Non, robby3.

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:27

ok bon je réfléchis plus alors.

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:28

ah non autant pour moi j'avais mal vu le premier intervale,je croyais 0.1 lol

non si x=0,f(x)=0

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:29

Alors voici (inspirer d'un bouquin!)
Je pose N=E(\frac{2}{x})+1 alors pour tout n\ge N>\frac{2}{x} fn(x)=0 : la suite est constante nulle sur ]0,1] à partir de ce rang N.
Mais si x=0, fn(x)=nx

??

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:29

je laisse H_aldoner réfléchir...(j'ai trouvé je crois)

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:30

si x=0 alors fn(x)=0 ?
J'avoue que cela me conviendrait, ça me donnerait une limite simple nulle!
Mais pourquoi c'est le cas ?

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:32

j'attend confirmation de Camélia, mais je fais avec le premier intervalle...
puis aprés tu regarde quand n est grand,dans le 2eme intervalle t'a 0 de chaque coté donc tu te ramene à x=0...et donc le dernier c'est 0 d'ou fn(x)->f(x)=0.
a confirmer quand meme.

Posté par
H_aldnoer
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:32

mais pourquoi si x=0, fn(x)=0 ?

Posté par
robby3
re : Suites et séries de fonctions 21-04-07 à 15:35

PREMIER intervalle 0<=x<=1/n

donc pour x=0 nx=0. donc fn(x)->f(x)=0

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