Convergence dans D

Bonjour,
j'ai étudié la covergence dans $\mathcal{D}(\R^n)$ des suites $\dfrac{1}{n} \varphi(x), \dfrac{1}{n} \varphi(n x), \dfrac{1}{n} \varphi(\dfrac{x}{n})$. Est-ce que quelqu'un veut bien me donner d'autres exemples de suites pour étudier leur convergence dans $\mathcal{D}$.
Merci par avance pour votre aide.
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Réponses

  • Au hasard la suite $$(x \mapsto \sin(nx) \varphi(x))_n$$ par exemple. Tu peux inventer les exemples toi-même !
  • Merci beaucoup Poirot. Je vais de suite étudier cette suite.
    En fait je n'a pas l'habitude d'inventer des exos, ça viendra sûrement avec le temps. Merci beaucoup :-)
  • Bonjour Bibitem
    Dans le message initial http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,1531116,1531116#msg-1531116 , c'est quoi $\varphi$ ?
    Alain
  • Bonjour AD,
    pardon, $\varphi \in \mathcal{D}(\R)$.
  • Tu peux aussi regarder $(x \mapsto \frac 1{1+(nx)^2} \varphi(x))_n$, $(x \mapsto \frac 1{1+(nx)^2} \varphi(nx))_n$, $(x \mapsto \frac 1{1+(nx)^2} \varphi(\frac xn))_n$ ( et ce n'est pas au hasard :-D)
    Le 😄 Farceur


  • Alors, pour la suite $u_n(x)= \sin(nx) \varphi(x)$. On commence par étudier la convergence simple. Pour $x \in \R$ fixé, on a la suite $\sin(nx) \varphi(x)$ n'a pas de limite, elle ne coverge donc pas simplement dans $\R$, et donc elle ne converge pas dans $\mathcal{D}(\R)$.
    C'est bien rédigé? S'il vous plaît.
  • Pour commencer, si $\varphi$ est la fonction nulle?
    Le 😄 Farceur


  • Et si $x=\pi$ ? Sois plus rigoureuse.
  • Si $\varphi \equiv 0$ alors la suite est nulle, elle converge donc dans $\mathcal{D}(\R)$.
    Si $\varphi \neq 0$. Soit $x \in \R$ fixé. Si $x= 2k \pi$ où $k \in \mathbb{Z}$, alors $\lim_{n \to +\infty} \sin(n x)= 0$. Sinon, $\sin(n x)$ n'a pas de limite. On conclut que la suite $u_n$ ne converge pas simplement, et donc elle ne converge pas dans $\mathcal{D}$.
    C'est rigoureux?
  • Non
    Le 😄 Farceur


  • Je ne vois pas ce qui manque.8-)
  • Et si $x$ n'est pas de la forme $2k\pi$ mais est hors du support de $\varphi$ ?
  • Ah c'est vrai Poirot, j'ai oublié ce dernier cas.
    Si $x \notin \mathrm{Supp\,} \varphi$, alors $u_n=0$, donc elle converge dans $\mathcal{D}(\R)$.
    Avec ce dernier cas, tout est ok
  • Réfléchis à ce que tu es en train d'écrire. Moi je vais me coucher.
  • Bonjour,
    voici la solution que je propose.
    Soit $x \in \R$ fixé.
    1. Si $\varphi \equiv 0$, alors $u_n(x)=0, \ \forall x \in \R$, et la suite $(u_n)$ converge dans $\mathcal{D}(\R)$ vers la fonction identiquement nulle.
    2. Si $\varphi \neq 0$, on a:
    $\bullet$ Si $x = 2k \pi$, alors $\sin(2nk\pi)=0$, donc $u_n(x)=0$ et dans ce cas et $\lim_{n \to +\infty} u_n(x)=0$.
    $\bullet$ Si $x \neq 2k\pi$ et $\varphi(x) \neq 0$, alors $u_n(x)$ n'a pas de limite.
    $\bullet$ Si $n \neq 2 k \pi$ et $\varphi(x)=0$, alors $u_n(x)=0$ et $\lim_{n \to +\infty} u_n(x)=0$.
    On conclut que la suite $(u_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$, et par conséquent elle ne converge pas dans $\mathcal{D}(\R)$.
    C'est bon? S'il vous plaît.
  • Non ce n'est pas bon. Déjà tu fixes $x$ puis tu écris $\forall x \in \mathbb R$ juste après, mais ça ce n'est pas le plus grave. Ensuite il te manque des endroits où la fonction sinus s'annule, fais attention.

    Enfin le plus gros problème, c'est qu'il se pourrait très bien qu'il n'y ait aucun endroit où il y a divergence. Si jamais $\varphi(x)=0$ en chaque $x$ qui n'est pas de la forme $k \pi, k \in \mathbb Z$, que se passe-t-il ?
  • Je ne sais pas comment t'aider sans te donner la solution.Ce que je peux te dire c'est qu'il y a deux cas

    1- si $\varphi$ est identiquement nulle, alors la suite de poirot converge dans $D(\R)$
    2-1- si $\varphi$ n'est pas identiquement nulle, alors la suite de poirot ne converge pas dans $D(\R)$
    Le 😄 Farceur


  • J'ai fait un petit schéma, et on peut distinguer 2 cas.
    Soit $x$ fixé dans $\R$.
    cas 1: $x=k \pi$ avec $k \in \mathbb{Z}$: on a $\sin(nx)=0$ et donc $u_n(x)=0$ alors $u_n(x)$ converge.
    cas 2: $x \neq k \pi$: dans ce cas il y a deux cas.
    $\bullet$ si $\varphi(x)=0$ alors $u_n(x)=0$ alors $u_n(x)$ converge.
    $\bullet$ si $\varphi(x) \neq 0$ alors $u_n(x)$ diverge.
    Où est le problème ? S'il vous plaît.
  • Jusqu'ici il n'y a pas de problème. Mais tu ne dis rien sur la convergence simple de la suite de fonction $(u_n)_n$ ici. Au passage c'est la suite $(u_n(x))_n$ qui converge ou diverge, pas le réel $u_n(x)$.
  • Et bien, c'est comme l'a dit Gebrane.
    Si $\varphi=0$ alors la suite de fonctions $u_n$ (tous ses termes sont nuls) converge simplement dans $\R$ vers $0$.
    Si $\varphi \neq 0$, la suite $(u_n(x))_n$ ne converge pas pour tout $x \in \R$, ce qui implique que la suite de fonctions $(u_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$.
  • Non, ce que tu dis ne suffit pas et gebrane n'aurait pas du te donner la réponse car ça va t'empêcher de voir ce qui manque dans ton argumentation. Comme je l'ai déjà dit, si jamais on a $\varphi$ non identiquement nulle mais $\varphi(x)=0$ dès que $x \not = k \pi, k \in \mathbb Z$ ? On a bien $\varphi$ non identiquement nulle et pourtant toutes les $u_n$ sont identiquement nulles et donc il y a convergence simple vers la fonction nulle.

    Je te laisse méditer à ça.
  • oui Poirot, j'ai bien donné ce cas dans mon post: si $x \neq k \pi$ et $\varphi(x)=0$: je ne veux pas dire que $\varphi(x)=0$ pour tout $x \in \R$, je voulais dire que $\varphi( k \pi)=0$ et dans ce cas $u_n(k \pi)=0$ et on a convergence simple de $u_n(k \pi)$. C'est bien ce que vous voulez dire vous aussi?
  • @Poirot
    Il semble que tu veux dire avec ton exemple que si $\varphi$ n'est pas identiquement nulle, alors il se pourrait que $u_n$ converge dans $D(\R)$. Je te dévoile mon raisonnement, si $\varphi$ n'est pas identiquement nulle, alors il existe $x_0$ avec $\varphi(x_0)\neq 0$ et par continuité de $\varphi$, il existe un voisinage de $x_0$ disons un intervalle ouvert $U_{x_0}$ où $\varphi$ est non nulle.

    Il existe forcement un $x_1$ non multiple de $\pi$ dans $U_{x_0}$,

    donc on a une suite $(u_n(x_1))$ qui n'admet pas de limite,
    donc $u_n$ ne converge pas simplement sur $\R$ et non plus dans $D(\R)$
    Le 😄 Farceur


  • Non Gebrane, je pense que si $\varphi$ n'est pas identiquement nulle, et que $\varphi(k \pi)=0$ alors il y a convergence de la suite $(u_n(k \pi))_n$ qui admet la limite nulle, mais il n y a pas de converge simple de la suite de fonctions $(u_n)$ dans $\R$, donc pas de convergence dans $\mathcal{D}(\R)$.
  • @bib : je suis à deux doigts d'abandonner. La convergence simple c'est la convergence de chaque suite évaluée en $x$. Imaginons que $\varphi$ n'est pas la fonction identiquement nulle, mais que $\varphi(x)=0$ dès que $x$ n'est pas de la forme $k \pi, k \in \mathbb Z$. Alors il y a bien convergence simple de la suite de fonctions $(u_n)_n$. Je ne vois pas ce cas traité dans ton message.

    Et pour la $n$-ième fois, on ne parle pas de convergence simple de suites de réels mais de suites de fonctions.

    @gebrane0 : pourquoi donner la solution à bib ? Je sais bien que tu sais justifier ta réponse ! Je veux montrer à bib qu'il lui manque un argument, et ton message l'embrouille !
  • @Poirot
    J'ai cru (tard dans la nuit) que tu considérais ma réponse comme fausse
    Mea culpa!
    Le 😄 Farceur


  • Bonjour,
    Poirot ne m'abandonnez pas s'il vous plaît. Bon, je pense avoir compris ce qui me manque. Je reprends.
    Soit $x \in \R$ fixé.
    1. si $x = k \pi$, avec $k \in \Z$, la suite de réels $(u_n(x))_n$ converge vers 0.
    2. si $ x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$, on étudie deux possibilités:
    $\bullet$ Si $\varphi(x) =0$ alors la suite de réels $(u_n(x))$ converge vers 0.
    $\bullet$ Si $\varphi(x) \neq 0$ alors la suite de réels $(u_n(x))$ n'a pas de limite.

    On conclut que si $\varphi(x) \neq 0$ pour tout $x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$, alors la suite de fonctions $(u_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$, et si $\varphi(x)=0$ pour tout $x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$, alors la suite de fonctions $(u_n)$ converge simplement vers 0.

    C'est ok? S'il vous plaît.
  • Quelle est la négation de "tous les hommes sont s'appellent Patrick" ?
  • c'est: il existe un homme qui ne s'appelle pas Patrick
  • @bib : Donc ta dernière phrase (celle qui commence par "on conclut") ne couvre pas tous les cas.
  • Oui, il reste le dernier cas: si $\varphi$ est identiquement nulle, alors la suite de fonctions $(u_n)$ converge simplement dans $\R$. J'espère que c'est ok, je pense que je n'ai rien oublié.
  • J'abandonne.
  • J'ai donné tous les cas: le cas où $\varphi$ est identiquement nulle, le cas où $\varphi$ n'es pas identiquement nulle, mais qui s'annulle en $x \neq k\pi$ et dans ces deux cas il y a convergence simple! Le seul cas où il n y a pas de convergence simple est le cas où $x \neq k \pi$ et $\varphi(x) \neq 0$, il y a tout les cas. Maintenant où est l'autre cas mystère?! Je ne suis idiote quand même, depuis hier je n'arrête pas de répéter ces cas
  • Pourquoi je t'ai demandé la négation de "tous les hommes sont s'appellent Patrick" à ton avis ? Ta disjonction de cas dans le cas où $\varphi$ n'est pas identiquement nulle c'est "$\varphi(x)=0$ pour tous les $k \pi$ ou $\varphi(x) \not = 0$ pour tous les $k \pi$"...
  • là je bloque vraiment sur l'idée que vous essayez de me transmettre.
    On commence par fixé un $x$ dans $\R$, on balaye les deux cas; le cas où $x=k \pi$ puis le cas où $x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$.
    Dans le cas où $x = k \pi$ on n'a pas besoin de voir si $\varphi$ est identiquement nulle ou pas, car la suite vaut 0.
    Dans le cas où $x \neq k \pi$: si $\forall x \neq k \pi: \varphi(x)=0$, alors la suite vaut 0, et si $\exists x \neq k \pi: \varphi(x) \neq 0$, alors $u_n(x)$ n'admet pas de limite.
    Conclusion:
    Si $\varphi$ est identiquement nulle, alors la suite de fonctions $(u_n)$ converge simplement dans $\R$.
    Si $\varphi \neq 0$, on distingue deux cas:
    $\bullet$ Si $\forall x \neq k \pi: \varphi(x)=0$ alors la suite de fonctions $(u_n)$ converge simplement
    $\bullet$ Si $\exists x \neq k \pi: \varphi(x) \neq 0$, alors la suite de fonctions $(u_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$.
    C'est bien ça? S'il vous plait, et merci beaucoup pour votre aide.
  • Ok, cette fois tu as bien considéré tous les cas. Mais est-ce que le cas que tu avais oublié de traiter peut se produire ? C'est-à-dire est-ce qu'on peut avoir $\varphi$ non identiquement nulle et $\forall x \in \mathbb R \setminus \pi \mathbb Z, \varphi(x)=0$ ?
  • [size=x-large]Rédaction malheureuse[/size]67630
    11.jpg 195.9K
    Le 😄 Farceur


  • Voici ma dernière rédaction.
    Soit $x$ fixé dans $\R$. On distingue deux cas:
    1. Si $\varphi=0$, alors $(u_n)_n$ converge simplement dans $\R$.
    2. Si $\varphi \neq 0$.
    $\bullet$ Si $x=k \pi$ avec $k \in \Z$, la suite $(u_n(x))_n$ converge vers zéro.
    $\bullet$ Si $x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$, on distingue deux cas:
    -Si $\varphi(x)\neq 0$, alors la suite de réels $(u_n(x))_n$ n'a pas de limite.
    -Si $\varphi(x)=0$, alors la suite de réels $(u_n(x))_n$ converge vers zéro.
    Mais pour ce deuxième cas, il n'est pas valable quelque soit $x$ non multiple de $\pi$. En effet, puisque $\varphi$ n'est pas identiquement nulle, alors il existe $x_0 \in \R$ telle que $\varphi(x_0) \neq 0$, et puisque $\varphi$ est continue, il existe $V$ un voisinage de $x_0$ tel que $\forall x \in V: \varphi(x) \neq 0$ et ce voisinage contient forcément des éléments qui ne sont pas multiples de $\pi$.

    Conclusion. Si $\varphi \neq 0$, alors la suite de fonctions $(u_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$, et donc ne converge pas dans $\mathcal{D}(\R)$.
  • Parfait !!!!!!!!! (il faudrait juste préciser pourquoi dans un tel voisinage il y a forcément des éléments non multiples de $\pi$, mais ce n'est pas le plus important)
  • Tu peux passer à $$(x \mapsto \sin(nx) \varphi(\frac xn))_n$$
    Je crois maintenant c'est facile pour toi
    Le 😄 Farceur


  • Oui, je peux, mais avant ça, je cherche comment montrer que dans le voisinage il y a au moins un élément qui n'est pas multiple de $\pi$. C'est intuitif mais comment le montrer avec un raisonnement rigoureux?
  • Un voisinage d'un réel contient forcément des rationnels (densité de $\Q$ dans $\R$) or un tel rationnel ne peut pas être un multiple de $\pi$ sinon $\pi$ serait rationnel. (Or il est transcendant)
  • Merci Cyrano, ce raisonnement est très simple :-)
    Je m'attaque maintenant à l'exo de Gebrane. Merci beaucoup.
  • Sans utiliser la nature transcendantale de $\pi$, on pouvait dire que $\pi \mathbb Z$ est un sous-ensemble discret de $\mathbb R$ ;-)
  • Oui, c'est vrai et évident. Je pense toujours compliqué moi 8-) Merci beaucoup
  • Bonjour,
    on considère la suite $(\eta_n)$ donnée par $\eta_n(x)= \sin(nx) \varphi(\dfrac{x}{n})$, et on étudie sa convergence dans $\mathcal{D}(\R)$.
    Si $\varphi=0$ alors $(\eta_n)$ converge dans $\mathcal{D}$ vers 0.
    Si $\varphi \neq 0$ alors on distingue deux cas:
    $\bullet$ si $x = k \pi$ avec $k \in \Z$, alors $\sin(nx)=0$ et donc $\lim_{n \to +\infty} \eta_n(x)=0$.
    $\bullet$ si $x \neq k \pi$ avec $k \in \Z$ . $\sin(nx)$ n'a pas de limite et $\lim_{n \to +\infty} \varphi(\dfrac{x}{n})=0$, on ne peut pas ditribuer la limite. Alors voilà ce que je propose
    on a $-\varphi(\dfrac{x}{n}) \leq \sin(nx) \varphi(\dfrac{x}{n}) \leq \varphi(\dfrac{x}{n})$.
    - Si $\varphi(0)=0$, alors $\lim_{n \to +\infty} \sin(nx) \varphi(\dfrac{x}{n})=0$ et donc la suite réelle $\eta_n(x)$ converge vers 0.
    - Si $\varphi(0) \neq 0$, alors la suite réelle $\sin(nx) \varphi(\dfrac{x}{n})$ n'a pas de limite.
    On conclut alors que si $\varphi(0)=0$, la suite de fonctions $(\eta_n)$ converge simplement vers 0, et si $\varphi(0) \neq 0$ alors la suite $(\eta_n)$ ne converge pas simplement dans $\R$.

    C'est ok? S'il vous plaît.
  • Penses-tu répondre à la question?
    Le 😄 Farceur


  • Oui, si elle ne converge pas simplement alors elle ne converge pas dans $\mathcal{D}$. Qu'est ce qu'il faut rajouter? S'il vous plaît.
  • Ah non, je n'ai pas fini de répondre à la question. J'ai seulement montré la convergence simple.
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