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Trou de mémoire - intégrabilité ...

Posté par
Rouliane
15-02-07 à 20:12

Bonsoir,

Je me rappelle plus comment on montre que la fonction définie par 3$ f(t)=\frac{sin(t)}{\sqrt{t}} n'est pas intégrable sur ]0;+oo[.

f est continue sur ]0;+oo[.
au voisinage de 0, 3$ |f(t)| \le \frac{1}{\sqrt{t}} qui est intégrable au voiinage de 0.
au voisinage de +oo, comment montrer qu'elle n'est pas intégrable ?

Merci.

Autre petite question : il existe des intégrales convergentes pour lequelles la fonction n'est pas intégrable. Ca signifie que l'intégrabilité d'une fonction est suffisante pour montrer la convergence d'une intégrale, mais pas nécéssaire.
Mais, de l'autre sens, existe-t-il une condition sur l'intégrale qui nous permette de justifier que la fonction est intégrable.

Merci encore, et désolé pour les questions un peu betes que je me pose ( et qui n'ont si ça se trouve aucun sens )

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 20:44

Bonsoir Rouliane

Pour montrer qu'elle n'est pas intégrable, l'astuce est de montrer qu'elle n'est pas intégrable sur un ensemble plus petit, où tu peux minorer la valeur absolue du sinus par un truc strictement positif (par exemple, \Large{\frac{1}{2}}).

Citation :
il existe des intégrales convergentes pour lequelles la fonction n'est pas intégrable. Ca signifie que l'intégrabilité d'une fonction est suffisante pour montrer la convergence d'une intégrale, mais pas nécéssaire.


toutafé !

Citation :
Mais, de l'autre sens, existe-t-il une condition sur l'intégrale qui nous permette de justifier que la fonction est intégrable.


A priori, non. Pour l'intégrabilité, on n'a pas le choix : on doit faire rentre la valeur absolue sous l'intégrale.

Citation :
désolé pour les questions un peu betes que je me pose ( et qui n'ont si ça se trouve aucun sens )


Mais non, mais non !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:00

Merci Kaiser.

Conçernant la non-intégrabilité, je reste quand même au voisinage de +oo ou pas ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:03

Oui, bien sûr, sinon tu ne pourras pas conclure.
En effet, comme la fonction est continue et intégrable au voisinage de 0, on voit qu'elle est intégrable sur tout intervalle borné donc le problème vient de l'infini.

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:16

ok, mais je vois pas comment au voisinage de +oo la valeur absolue du sinus pourrait etre toujours plus grande que 1/2 par exemple...

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:17

Justement, ça c'est faux.
C'est pour ça que je te conseillais de te placer sur un ensemble plus petit où l'on avait effectivement cette inégalité.

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:33

ok.

Juste pour revenir un peu à ma remière question : si l'intégrale est absolument convergente, alors f est intégrable, non ?
mais pourquoi ?

Posté par
Cauchy
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:36

C'est par définition,tu te places dans le cadre de l'intégrale de Lebesgue?

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:39

non, Riemann.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:43

Il suffit de regarder la partie positive et la partie négative de ta fonction : ce sont des fonctions positives donc leur intégrabilité est équivalente à l'existence de leur intégrale.
Sinon, Rouliane, vois-tu où je voulais en venir pour montrer que ta fonction n'est pas intégrable ou alors ?

Kaiser

Posté par
Cauchy
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:43

Tu veux montrer que si la valeur absolue est intégrable elle est intégrable?

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:53

Merci.

Je cherche Kaiser, je cherche Mais un petit indice ne serait pas de refus.

Non, Cauchy, comme je le disais plus haut, il existe des intégrales qui sont convergentes alors que la fonction n'est pas intégrale, et je me demandais donc si lorsque l'intégrale est absolument convergente, on ne peut pas dire que f l''est.

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:54

Je savais pas d'ailleurs que intégrabilité est équivalente à l'existence de leur intégrale pour des fonctions positives. vu que pour montrer qu'un eintégrale converge, j'ai toujours montré que la fonction était intégrable.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:54

OK !
A quelle(s) condition(s) sur x, a-t-on \Large{|\sin(x)|\geq \frac{1}{2}} ?

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 21:55

Citation :
Je savais pas d'ailleurs que intégrabilité est équivalente à l'existence de leur intégrale pour des fonctions positives.


Pour ce genre de fonctions, prendre la valeur absolue ou pas ne change rien !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 22:02

Je sais bien Kaiser, mais c'est dans le sens intégrale convergente ==> fonction intégrale que c'est pas naturel chez moi.
Dans l'autre sens, c'est évident.

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 22:05

Pour ton message de 21:54, je dirais 3$ x \in U [ \frac{\pi}{6} + k\pi ; \frac{5\pi}{6} + k\pi ]

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 22:52

Pour ton message de 22h02 :

si f est une fonction positive sur I telle que son intégrale \Large{\bigint_{I}f(t)dt} existe.
par définition, f est intégrable si et seulement si \Large{\bigint_{I}|f(t)|dt} existe. Or f est positive donc |f|=f.
Ainsi, \Large{\bigint_{I}|f(t)|dt} existe car elle vaut précisément \Large{\bigint_{I}f(t)dt}.
C'est plus clair là ?

Pour ton message de 22h05 : c'est bien ça !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 22:58

Merci.

Ca va paraitre idiot, mais je ne connaissais même pas ça : " f est intégrable si et seulement si \Large{\bigint_{I}|f(t)|dt}  existe " , en fait, je connaissais l'implication, mais je n'utilise jamais la réciproque.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:02

Pour ma part, je prends ça comme une définition de l'intégrabilité !
Pour toi, sinon, c'était quoi la définition de l'intégrabilité?

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:03

Que la limite existe

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:05

On va prendre un exemple :

si f est une fonction définie et continue sur \Large{[0,+\infty[} alors pour toi f est intégrable si et seulement si

\Large{\lim_{x\to +\infty}\bigint_{0}^{x}f(t)dt} existe ?
C'est bien ça ?

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:09

non je dis n'importe quoi l'intégrale de 0 à l'infini de sin(t)/t est un exemple qui prouve que c'est faux il me semble.

J'ai mélangé avec intégrale convergente.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:11

OK ! et si on revenais à nos moutons, à savoir la non-intégrabilité de ta fonction ?

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:11

Ce topic a le mérite de mettre toutes mes connaissances au clair

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:12

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:13

Ben je peux dire que sur l'ensemble que j'ai défini à 22:05 ma fonction est supérieur à 1/2x qui n'est pas intégrable.
Je m'arrete là ?

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:16

la valeur absolue bien sur de la fonction

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:18

Attention tout de même : on sait que la fonction inverse n'est pas intégrable sur \Large{[1,+\infty[} mais on ne sait absolument rien de ce qui se passe sur un ensemble plus petit. On doit donc continuer la minoration pour montrer clairement que la fonction n'est pas intégrable.

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:20

Ben elle est pas non plus intégrable au vosinage de 0, non ?

Je vois pas trop ce qu'on fait en fait là

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:29

En 0, ta fonction n'a pas de problème car elle est prolongeable par continuité : il suffit de regarder ce qui se passe en l'infini.
On aimerait donc bien minorer la valeur absolue de la fonction par un truc pas intégrable.
On a du sinus multiplié par un truc qui n'est pas intégrable, donc l'idéal est de choisir un ensemble sur lequel |sin| est minoré par une constante strictement positive. Bien sûr, cet ensemble ne doit pas être trop petit sinon on ne pourra pas conclure.
Sur l'ensemble sur tu proposais, |sin| est minoré par 1/2.
L'idée est alors de minorer \Large{\bigint_{\frac{\pi}{6}}^{\frac{5\pi}{6}+n\pi}\frac{|sin(t)|}{\sqrt{t}}dt}, par un truc qui tend vers l'infini lorsque n tend vers l'infini, auquel cas on aura gagné.

Jusque là, tu me suis ?

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:42

Ah d'accord, je vois, donc je minore simplement le |sin| et je trouve que l'intégrale est \ge \sqrt{\frac{5\pi}{6}+n} - \sqrt{\frac{\pi}{6}} c'est ça ?

le terme de droite tend vers +oo, donc la limite de l'intégrale est +oo, donc f n'est pas intégrable.

Est ce juste ?

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:46

Une autre question qui me vient à l'esprit : si l'intégrale de f diverge ( avec f de signe non constant) peut-on dire que f n'est pas intégrable ?

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:49

J'ai du faire une erreur, parce que |sin| n'est pas plus grand que 1/2 sur l'intervalle considéré

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:51

C'est presque ça : en fait, on ne peut pas encore minorer ! une somme doit apparaitre
Il faut d'abord dire que cette intégrale est supérieure à

\Large{\bigsum_{k=0}^{n}u_{k}}

avec \Large{u_{k}=\bigint_{\frac{\pi}{6}+k\pi}^{\frac{5\pi}{6}+k\pi}\frac{|sin(t)|}{\sqrt{t}}dt}

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:52

Ah d'accord, il me semblait bien que ça clochait quelque part, merci beaucoup en tout cas !
C'était loin d'etre évident !

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:55

Je ne dis pas le contraire.
Il y a peut-être une solution plus simple mais bon je sais pas.
En tous cas, ce genre de raisonnement peut être utilisé même pour prouver que certaines séries ne sont pas absolument convergentes. D'ailleurs, je me souviens avoir traité ce genre de question sur le forum.
Je vais essayer de le retrouver (il date un peu )

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 15-02-07 à 23:59

Je ne disais pas que tu pensais ça simple, mais je pensais vraiment que ça se montrait en 5 secondes

Merci encore.

Tu peux répondre à mon post de 23:46 si t'en as le courage, stp ?

Posté par
Cauchy
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:00

On peut pas dire directement que l'intégrale de |sin t | sur un intervalle de longueur 2pi vaut 2 et minorer par 1/rac(kpi) série de Riemann divergente.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:02

J'ai retroué ce fameux topic mais ce n'était pas pour montrer la non convergence d'une série mais pour montrer qu'un truc ne tend pas vers 0.
Voici ce topic ! rayon de convergence

Quoi qu'il en soit, on peut utiliser la même technique pour montrer que les séries \Large{\bigsum \frac{|\cos(n)|}{n}} et \Large{\bigsum \frac{|\sin(n)|}{n}} divergent.

Pour ton message de 23h46 : je réfléchis (a priori oui)

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:05

Merci Kaiser.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:14

Je crois avoir trouvé :

soit f une telle fonction.
Notons respectivement \Large{f_{+}} et \Large{f_{-}} ses parties positive et négative.

On sait alors que \Large{f=f_{+}-f_{-}} et \Large{|f|=f_{+}+f_{-}}

Par hypotèse , on sait que l'intégrale de f diverge donc on n'a nécessairement l'intégrale de \Large{f_{+}} qui diverge ou celle de \Large{f_{-}} qui diverge (dans le cas contraire, la somme des deux aurait une intégrale convergente ce qui est absurde).
par exemple, supposons que c'est celle de \Large{f_{+}} qui diverge (et donc elle est non intégrable car elle positive)
Or, on sait que \Large{|f|=f_{+}+f_{-}\geq f_{+}}

\Large{f_{+}} étant une fonction positive, alors elle n'est pas intégrable et donc l'intégrale de |f| diverge et f est alors non intégrable.
D'où le résultat.

Kaiser

Posté par
fusionfroide
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:16

Je crois que ce topic va profiter à pas mal de monde !

Merci Rouliane de l'avoir initié

Posté par
fusionfroide
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:16

et à kaiser de répondre

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:18

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:21

Merci beaucoup !

Je mets ce topic dans mes favoris parce que là y'a beaucoup de choses

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:23

Mais je t'en prie !

Posté par
Cauchy
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:27

Je détaille mon truc:

\Large{\int_{1}^{+\infty} \frac{|sin t|}{\sqr{t}}\geq \sum_{n=1}^{+\infty} \int_{2n\pi}^{(2n+1)\pi} \frac{sin t}{\sqr{t}} dt \geq \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{4\pi}{\sqr{(2n+1)\pi}}=+\infty

Posté par
kaiser Moderateur
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:33

Effectivement, c'est plus direct comme ça !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Trou de mémoire - intégrabilité ... 16-02-07 à 00:39

Je vois pas comment on motre ça :

4$ \sum_{n=1}^{+\infty} \int_{2n\pi}^{(2n+1)\pi} \frac{sin t}{\sqr{t}} dt \geq \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{4\pi}{\sqr{(2n+1)\pi}}

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