Égalité deux ensembles de fonctions continues
Ces deux sous-ensembles de $\mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R})$ : $$
F=\left\{ f \in \mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R}) \mid \forall n \in \mathbb{N}^*,\ \sum_{k=0}^{n-1}f \left( \dfrac{k}{n} \right) =0 \right\},
$$ et $$
S=\left\{ f \in \mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R}) \mid \forall x \in [0,1/2),\ \begin{cases}
f(1/2+x) = -f(x) &\text{ (EQ 1)}\\
f(1/2+x) = -f(1/2-x) &\text{ (EQ 2)}
\end{cases} \right\},$$ sont-ils égaux ? On a $S \subseteq F$ car
Si $n = 2p$ : $$\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) &= \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=p}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) = \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=p}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right)\\
&= \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k+p}{2p}\right)\\
&= \sum_{k=0}^{p-1} \left(f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + f \left(k+1/2\right)\right)= \sum_{k=0}^{p-1} \left(f \left( \dfrac{k}{2p}\right) - f \left( \dfrac{k}{2p}\right)\right)=0 \text{ par EQ1}\\
\end{align}$$
Et si $n = 2p+1$ : $$\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) &= \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) + \sum_{k=p+1}^{2p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right)\\
&= \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) + \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{2p+1-k}{2p+1}\right)\\
&= \sum_{k=1}^{p} \left( f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) +f \left(1-\dfrac{k}{2p+1}\right)\right) = 0\text{ par EQ2}
\end{align}$$
Mais l'inclusion réciproque $F \subseteq S$ est-elle vraie ? Et si l'on remplace $\mathbb R$ par $\mathbb C$ ?
Merci !
F=\left\{ f \in \mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R}) \mid \forall n \in \mathbb{N}^*,\ \sum_{k=0}^{n-1}f \left( \dfrac{k}{n} \right) =0 \right\},
$$ et $$
S=\left\{ f \in \mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R}) \mid \forall x \in [0,1/2),\ \begin{cases}
f(1/2+x) = -f(x) &\text{ (EQ 1)}\\
f(1/2+x) = -f(1/2-x) &\text{ (EQ 2)}
\end{cases} \right\},$$ sont-ils égaux ? On a $S \subseteq F$ car
Si $n = 2p$ : $$\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) &= \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=p}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) = \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=p}^{2p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right)\\
&= \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + \sum_{k=0}^{p-1}f \left( \dfrac{k+p}{2p}\right)\\
&= \sum_{k=0}^{p-1} \left(f \left( \dfrac{k}{2p}\right) + f \left(k+1/2\right)\right)= \sum_{k=0}^{p-1} \left(f \left( \dfrac{k}{2p}\right) - f \left( \dfrac{k}{2p}\right)\right)=0 \text{ par EQ1}\\
\end{align}$$
Et si $n = 2p+1$ : $$\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) &= \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) + \sum_{k=p+1}^{2p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right)\\
&= \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) + \sum_{k=1}^{p}f \left( \dfrac{2p+1-k}{2p+1}\right)\\
&= \sum_{k=1}^{p} \left( f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) +f \left(1-\dfrac{k}{2p+1}\right)\right) = 0\text{ par EQ2}
\end{align}$$
Mais l'inclusion réciproque $F \subseteq S$ est-elle vraie ? Et si l'on remplace $\mathbb R$ par $\mathbb C$ ?
Merci !
Réponses
-
Bonjour,
Je ne pense pas que S soit inclus dans F
voir $f(x)=4x$ sur $ [0,\dfrac{1}{4}]$. (étendue bien sûr pour appartenir à S). -
Effectivement, tu as raison, je continue à chercher alors...
-
Bizarre. Moi je trouve que $S$ est reduit a la fonction nulle. Pour y voir plus clair si $f\in S$ je traduis sur $[-1,1]$
en posant $g(t)=f(\frac{1+t}{2})$ si bien que les deux conditions sur $f$ se traduisent par EQU 2 $g$ est impaire; EQU 1 $$g(t)=-g(\frac{1+t}{2}).$$ En iterant on a pour $$g(t)=(-1)^ng(1-\frac{1}{2^n}+\frac{t}{2^n}).$$ Comme $g$ est continue sur $[-1,1]$ on en deduit que $g(t)=0$ pour tout $t\in [-1,1]?$ -
Oui, je me suis trompe, c'est $-g(t)=g(1+t)$ si $t<0.$ Donc $g$ est impaire et telle que si $t>0$ alors $$g(t)=g(1-t).$$ En d'autres termes $g$ restreinte a $[0,1]$ est symetrique par rapport a $1/2$. Il y en a beaucoup, a commencer comme tu le dis par $\sin \pi t.$ Comme $g(0)=0$ alors $g(1)=g(-1)=0.$ Avec ces symetries, on n'est pas surpris d'avoir toujours $$\sum_{k=0}^ng\left(\frac{2k}{n}-1\right)=0.\ \ (*)$$ Je suppose que tu te demandes si la reciproque est vraie, cad si (*) implique les symetries de $g$ : on peut douter.Si $g$ est impaire et satisfait $g(1)=0$ alors (*) est vrai et pourtant $g(t)=g(1-t)$ pour $0<t<1$ n'est pas necessairement vraie.
-
Bonjour,
Si je comprends bien, les fonctions de S s'obtiennent toutes de la manière suivante:
1. On se donne une fonction f continue quelconque sur [0,$\dfrac{1}{4}$] telle que f(0)=0.
2. On l'étend par symétrie par rapport à x=$\dfrac{1}{4}$ à [$\dfrac{1}{4}$,$\dfrac{1}{2}$].
3.on finit par l'étendre à [0,1] par imparité en x=$\dfrac{1}{2}$.]
(EDIT:Ces remarques sont exactement les mêmes que celles de P. dans le post précédent).
Tous les fonctions de S vérifient $f(\dfrac{1}{2})=0$.
Quelqu'un pourrait-il montrer déjà que toutes les fonctions de F vérifient aussi $f(\dfrac{1}{2})=0$ ou trouver une fonction dans F qui ne vérifie pas cette propriété?
Ça me semble être un premier pas logique.
Cordialement. -
Phare, ce que tu dis est correct. Peut etre peux tu lire les autres posts.
-
Il me semble que $g(t)=3t$ pour $0<t<1/3$ et $g(t)=\frac{3}{2}(1-t)$ pour $1/3<t<1$ est un contre exemple pas complique a ce que demandait le post initial.
-
Bonjour,
Je pense que l'idée de P. est plutôt une fonction composée de «trois morceaux» affines, du genre :
\[f(t) = \begin{cases} t & \text{si } 0 \leqslant t \leqslant 1/3 \\ 1-2t & \text{si } 1/3<t<2/3 \\ t-1 & \text{si } 2/3 \leqslant t \leq 1 \end{cases}\] -
J'utilise plutot le codage sur [-1,1] avec des $g,$ plus lisible que le codage initial sur [0,1] avec des $f.$
-
Je considère une fonction \(f\) définie de \([0,1]\) dans \(\mathbf{R}\), qui satisfait seulement :
\[\forall x \in [0,1/2[ \quad f(1/2+x) = -f(1/2-x).\text{ (*)}\]
Si $n = 2p$ :
\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p-1} f \left( \dfrac{k}{2p}\right) &=
f(0) + \sum_{k=1}^{p-1} f \left( \dfrac{k}{2p}\right) +
f\left( \dfrac{1}{2}\right) + \sum_{k=p+1}^{2p-1} f \left( \dfrac{k}{2p}\right)\\
&= f(0) + \sum_{k=1}^{p-1} f \left( \dfrac{1}{2} - \dfrac{p-k}{2p}\right) +
f\left( \dfrac{1}{2}\right) + \sum_{l=1}^{p-1} f \left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{p-l}{2p}\right) & (l=2p-k) \\
&= f(0) + f\left( \dfrac{1}{2}\right)
+ \sum_{k=1}^{p-1} \left(f \left( \dfrac{1}{2} - \dfrac{p-k}{2p}\right)
+ f \left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{p-k}{2p}\right) \right) \\
&= f(0) &\text{par (*)}
\end{align}
Si $n = 2p+1$ :
\begin{align}
\sum_{k=0}^{2p} f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) &=
f(0) + \sum_{k=1}^{p} f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right) +
\sum_{k=p+1}^{2p} f \left( \dfrac{k}{2p+1}\right)\\
&= f(0) + \sum_{k=1}^{p} f \left( \dfrac{1}{2} - \dfrac{2p+1- 2k}{2(2p+1)}\right) +
\sum_{l=1}^{p} f \left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{2p+1-2l}{2(2p+1)}\right) & (l=2p+1-k) \\
&= f(0) + \sum_{k=1}^{p} \left( f \left( \dfrac{1}{2} - \dfrac{2p+1- 2k}{2(2p+1)}\right)
+ f \left( \dfrac{1}{2} + \dfrac{2p+1-2k}{2(2p+1)}\right) \right) \\
&= f(0) & \text{par (*)}
\end{align}
Il me suffit d'imposer la condition supplémentaire : \(f(0) = 0\) (et un zeste de continuité) pour que la fontion \(f\) appartienne à \(F\) ; quant à ce qu'elle appartienne à S… -
@gb
Merci pour ton second post avec les cas $n=2p$ et $n=2p+1$. Effectivement, ma condition $(EQ1)$ est bien trop forte!
Et finalement $S^\prime \subseteq F$ où
$$S^\prime=\left\{ f \in \mathcal{C}^0([0,1],\mathbb{R}) \mid \forall x \in [0,1/2), f(1/2+x) = -f(1/2-x) \text{ et } f(0)=0 \right\}.$$
Du coup je me pose une question similaire à ma question initiale... A-t-on $F= S^\prime$? -
La réponse à la question $F \subseteq S^\prime$ est négative... Mais pas évidente.
Voir l'article "A note on a result of Bateman and Chowla." Acta Arithmetica 93.2 (2000): 139-148..
En particulier les fonctions \begin{align*}
f_1(\theta)&=\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{\lambda(n)}{n} \cos 2 \pi n \theta \ \text{ où } \lambda \text{ est la fonction de Liouville} \\
f_2(\theta)&=\sum_{n=1}^{+\infty} \frac{\mu(n)}{n} \cos 2 \pi n \theta \ \text{ où } \mu \text{ est la fonction de Möbius}
\end{align*} sont des éléments de $F \setminus S^\prime$.
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