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Niveau Master
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Transformée de Fourier d'une fonction à support compact.

Posté par
Merli
11-12-11 à 17:36

Bonsoir,

On me demande de montrer que la transformée de Fourier d'une fonction de classe C^{\infty} à support compact n'est pas à support compact.
De plus, on demande de vérifier que l'ensemble des zéros de sa transformée de Fourier est discret...

Une idée pour démarrer cet exercice ?

Posté par
Arkhnor
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 17:46

Bonjour.

Tu disposes d'un théorème magique pour la transformée de Fourier de ce genre de fonctions.

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 17:55

Ah, ça ne me dit rien, tu peux préciser ta pensée stp ?

Posté par
Arkhnor
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 18:03

Je pensais au théorème de Paley-Wiener.

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 18:35

Ce théorème n'est pas dans le cours, n'y a-t-il pas un argument simple pour montrer cela ?

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 19:54

Bonsoir Merli,

Penses à voir la transformée de Fourier de ta fonction comme un e fonction à valeur complexe.


Si la Transformée de Fourier était à support compact...

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 19:56

Une fonction de \mathbb{C} dans \mathbb{C} plus précisément...

Posté par
Arkhnor
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 20:17

Bonsoir Foxdevil,

Effectivement on peut s'en sortir de façon élémentaire, invoquer Paley-Wiener, c'était un peu sortir le marteau-pilon ... (d'autant que l'intérêt de PW, c'est surtout la réciproque)

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 20:34

Salut Arkhnor,

Oui en effet

(ça me surprend de toi, d'autant plus qu'on avait un peu débattu sur cette question ^^)

Posté par
Arkhnor
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 11-12-11 à 20:45

Je m'en rappelle très bien; le pire c'est que je me suis souvenu de cette discussion quand j'ai répondu ici.

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 12-12-11 à 05:33

Bonjour et merci pour votre intervention à tous les deux
Je pense avoir trouvé dans mon cours la solution à ce problème : le théorème des zéros isolés. En effet, la transformée de Fourier est holomorphe sur C, donc analytique sur C, et l'ensemble de ses zéros est donc discret...
Qu'en pensez-vous ?

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 12-12-11 à 16:19

Tout à fait!

Juste histoire d'être rigoureux...

Citation :
la transformée de Fourier est holomorphe sur C, donc analytique sur C
Pourquoi?

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 12-12-11 à 17:58

Un théorème du cours dit que pour \Omega \subset \mathbb{C} ouvert, toute fonction holomorphe sur \Omega y est analytique.
De plus, la transformée de Fourier d'une fonction est holomorphe par le théorème d'holomorphie sous le signe intégral (vu aussi en cours)

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 12-12-11 à 21:22

Citation :
la transformée de Fourier d'une fonction est holomorphe par le théorème d'holomorphie sous le signe intégral (vu aussi en cours)
C'est justement là le point qui est intéressant (ok pour les autres). Pourquoi le théorème d'holomorphie sous le signe intégral s'applique?

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 13-12-11 à 03:27

On se place sur (R, B(R), \lambda) avec B(R) la tribu borélienne de R et \lambda la mesure de Lebesgue sur B(R).
On pose h: R \times C \rightarrow Ch(t,z)=e^{-itz}\phi (t) avec :
(i) t \rightarrow e^{-itz} \phi(t) est intégrable sur C comme produit de fonctions intégrables sur C (\phi est de classe C^{\infty} à support compact, donc intégrable (elle est bornée, car continue sur un compact de R) sur son support, donc sur C également), et t \rightarrow e^{-itz} est intégrable sur C.
(ii) z \rightarrow e^{-itz} \phi(t) est holomorphe sur R
(iii) |e^{-itz} \phi(t)| = |\phi(t)| qui est bornée sur son support, donc bornée sur C donc intégrable sur C.

Et donc \hat f (x) = \int_R h(t,x) dt = \int_R e^{-itx} \phi (t) dt est holomorphe sur C

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 13-12-11 à 13:05

Citation :
(iii) |e^{-itz} \phi(t)| = |\phi(t)| qui est bornée sur son support, donc bornée sur C donc intégrable sur C.
Voilà c'est surtout ce point que je voulais faire ressortir. \phi est à support compact.

L'argument montre en fait de manière générale qu'un individu à support compact n'a jamais de transformée de Fourier à support compact (excepté si c'est la fonction nulle).

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 13-12-11 à 13:32

Oui en effet, je l'ai bien vu en écrivant ma preuve.
Je vous remercie tous de votre coup de main et vous avez bien fait de me demander d'être très rigoureux, j'ai pu remarquer que cela revenait souvent dans les commentaires de mes profs...

Si seulement il existait le livre "Etre rigoureux en math pour les nuls"

Posté par
Foxdevil
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 13-12-11 à 13:34

Je crois que ça en aiderait plus d'un!

Il n'y a pas de quoi. Bon courage et n'hésite pas si tu as d'autres questions.

Posté par
Merli
re : Transformée de Fourier d'une fonction à support compact. 13-12-11 à 13:49

Je risque de revenir avec des questions, car là je dois bosser mon analyse ce semestre, et ce n'est pas mon point fort du tout...

Merci pour ton aide



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