Intégrale de Lebesgue

Bonjour,
J'ai trouvé un nouveau problème dans un exercice sur l'intégrale de Lebesgue. J'ai un peu essayé mais je n'avance plus.

Soit $f:[0, 1]\longrightarrow\mathbb{R}$ une fonction définie par $f(x)=0$ si $x\in\mathbb{Q}$ et $f(x)=\displaystyle{\frac{1}{a}}$ si $x\notin\mathbb{Q}$, où $a$ est le premier digit non null de la représentation décimale de $x$. Montrer que $f$ est Lebesgue intégrable et calculer la valeur de l'intégrale.

Premièrement, il est clair que $\mathbb{Q}$ est de mesure nulle à cause d'être un ensamble dénombrable.
Puis, si $f,g$ sont deux fonctions mesurables où $f(x)=g(x)$ sur $X\setminus B$ et $\mu(B)=0$, alors $f(x)=g(x)$ presque partout et nous avons que $\int fd\mu=\int gd\mu$.


C'est tout ce que j'ai pu faire (appliquer des définitions et propositions). Peut-être que l'on peut construire une fonction $g(x)=\sum_{k=1}^{n} k\chi_{[1,9]}$ mesurable et simple (car elle est mesurable) sur l'intervalle. J'ai spécialement des problèmes pour définir l'intervalle et j'ai pensé à $[1,9]$ car ce sont les possibles digits non nuls mais, personellement, je trouve que mon idée est pénible.

Je vous remercie toute sorte d'aide !

Réponses

  • Enoncé un peu tordu. L'ensemble des rationnels est de mesure nulle, donc cela joue un rôle de distracteur.
    Avec un peu de probas, ça va mieux: les chiffres du développement en base 10 sont iid suivant la loi uniforme sur $\{0,\dots,9\}$, donc avec une procédure de rejet le premier non nul suit la loi uniforme sur
    $\{1,\dots,9\}$, donc tu vas trouver comme valeur moyenne $\frac1{9}\sum_{k=1}^9 \frac{1}k=\frac{7129}{22680}$.
    Si tu n'as pas fait de probas, tu peux quand même chercher la mesure image de la loi uniforme sur $[0,1]$ par l'application $x\mapsto $ premier chiffre non nul de $x$.
  • Je ne comprends pas très bien comment ça marche. Nous avons récemment commencé à étudier la probabilité. En plus, je n'ai pas un bon niveau de maths à cause de la pandémie...

    Pourquoi voulons-nous connaître la valeur moyenne ?
  • Parce que l'espérance d'une variable aléatoire c'est précisément l'intégrale de Lebesgue de cette fonction par rapport à la mesure de probabilité utilisée. Mais comme le dit aléa, tu n'as pas besoin de connaître les probabilités pour faire ton calcul, ça permet juste de comprendre plus simplement ce dont on parle.

    Pour ton calcul d'intégrale, une décomposition de $[0, 1]$ selon la position du premier chiffre non nul semble s'imposer.
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