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Niveau maths spé
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Uniforme continuité

Posté par
Bunk
27-08-14 à 20:05

Bonjour, je bloque sur la manière de résoudre un exercice

Soit f:\mathbb{R}\rightarrow\mathbb{C} continue et |f(x)|\rightarrow 0 quand |x|\rightarrow \infty . montrer que f est uniformément continue sur \mathbb{R}.

Mon raisonnement résumé serait:
Soit  \epsilon >0. D'après la limite donnée, il existe A>0 tel que |x|>A implique que |f(x)|\leq \epsilon.
f est continue sur le compact [-A,A] donc elle est uniformément continue sur [-A,A]. ( il existe \eta ... )

L'exercice propose comme indication de discuter suivant 4 cas. Cependant j'aurais plutôt discuter 2 cas, x appartient ou non à [-A,A] ( en ayant choisi \eta de manière à ce que y reste dans l'intervalle voulu.
Donc je bloque.

Merci d'avance.

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 20:07

* en ayant choisi un nouvel \eta

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 20:13

Bonsoir,

une méthode consiste à contracter le domaine de définition de f par la fonction tangente : je m'explique.

Définissons la fonction g comme telle :

si x\in]-\pi/2,\pi/2[, on pose g=f(\tan x) ;

g(-\pi/2)=g(\pi/2)=0.

Qu'en est-il de la continuité de g sur le segment [-\pi/2,\pi/2] ?

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 20:15

Lire : si x\in]-\pi/2,\pi/2[, on pose g(x)=f(\tan x).

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 21:30

Sympa comme astuce. Oui; g est clairement continue sur ]-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}[ ( par composition ) et \lim\limits_{x \to \frac{\pi}{2}-}g(x)=\lim\limits_{x \to +\infty } f(x)=0=g(\frac{\pi}{2}), pareil de l'autre côté. Donc g est uniformément continue sur [-\pi/2,\pi/2]

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 21:34

(Très sympa en effet, et ça marche aussi si f a des limites finies \ell_1 et \ell_2 en - et + \infty) Voilà, n'oublie pas d'indiquer le théorème que tu utilises pour obtenir la continuité uniforme.

Ensuite, il te reste à exprimer f en fonction de g et c'est fini.

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 21:45

Pour la continuité uniforme c'est le théorème de Heine. Ensuite f(y)=g(arctan(y)), y \in \mathbb{R}. Comme la fonction arctan est 1-lipschitizienne, elle est uniformément continue. Par composition, g \circ arctan l'est aussi. C'est bien cela ?

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 21:46

Je pense qu'il faut aussi que je précise que la fonction tangente réalise une bijection de ]-\pi/2,\pi/2[ sur \mathbb{R}, non ?

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 22:00

Tout bon ! Effectivement il vaut mieux préciser la bijection réalisée par tangente. De manière fondamentale, on a utilisé ici que la droite réelle achevée (ie \bar{\mathbb{R}}=\mathbb{R}\cup\{\pm\infty\}) est compacte, et donc on qu'on peut appliquer le théorème de Heine dessus.

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 22:30

Super, merci beaucoup de ton aide et de cet astuce ! Donc en rectifiant c'est y \in \bar{\mathbb{R}}. Je vais continuer la rédaction classique de mon côté.

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 27-08-14 à 22:39

Non non du tout c'est bien y dans R ! En fait l'histoire de la droite réelle achevée c'est l'explication sous-jacente du résultat et ça utilise quelques notions relativement avancées en topologie, je l'ai juste mentionné pour ta propre culture, j'aurais très bien pu éviter d'en parler

Posté par
Bunk
re : Uniforme continuité 28-08-14 à 00:16

Ah d'accord! Donc juste un détail pour la rédaction. Après avoir conclut que g était UC sur le segment [\frac{-\pi}{2},\frac{\pi}{2}], ma rédaction est-elle correcte :
Pour y \in \mathbb{R}, on a f(y)=g(arctan(y)). Arctan est UC sur \mathbb{R}, g est UC sur arctan(\mathbb{R})=]\frac{-\pi}{2},\frac{\pi}{2}[ ,car UC sur le segment [\frac{-\pi}{2},\frac{\pi}{2}], puis par composition, on a le résultat voulu. Est-ce correct ? Manque-t-il des choses ?

Posté par
athrun
re : Uniforme continuité 28-08-14 à 10:19

C'est parfait



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