Suite d'intégrales

Bonjour,
Voici un exercice où je bloque à la question 2.

Soit $f$ de $\mathbb R_+^{*}$ dans $\mathbb R$ continue. Pour $n \geq 1$ et $x \geq 0$, on pose $f_n(x) = f(nx)$.
1. Pour $n \geq 1$, soit $\displaystyle I_n = \int_{\pi/4}^{\pi/2} f_n(t) \cos(t) dt$. On suppose que $\lim\limits_{x \to +\infty} f(x) = \ell$ avec $\ell \in \mathbb R$.
Calculer $\lim_n I_n$.

Alors via la convergence uniforme de la suite de fonction ou alors en utilisant le théorème de convergence dominée, on justifie l'interversion limite-intégrale et obtient que $I_n$ tend vers $\ell(1-\sqrt{2}/2)$

2. Pour $n \geq 1$, soit $\displaystyle J_n = \int_0^{\pi} f_n(t) \cos(t) dt$. On suppose que la fonction $\displaystyle x \mapsto \int_0^x f(y)^2 dy$ est majorée par une constante $M$ sur $\mathbb R_+$. Montrer qu'il existe une constante $c>0$ telle que : $\forall n \geq 1 ,\ | J_n| \leq \dfrac{c}{\sqrt{n}}$.

Alors j'ai tenté le changement de variable $x=nt$ mais cela ne me donne rien de concluant. Avez-vous une piste ?
Merci d'avance !

Réponses

  • Bonjour,

    Quand je vois l'intégrale de \(f^2\) je pense immédiatement à majorer par l'inégalité de Cauchy-Schwarz.
  • Cauchy-Schwarz ?
  • Merci gb :)
    l'inégalité Cauchy-Schwarz suivi du changement de variable y = nt et on a le résulat !
  • Ca ne fonctionne pas ?
    J'espérais que les racines carrées et le changement de variable pour \(x=nt\) qui injecte \(n\) au dénominateur donnerait directement la majoration voulue.

    edit : je répondais à marsup sans avoir vu le dernier message de Fabrice2.
  • Si, si, ça fonctionne très bien ...
  • Ah si si je suis d'accord aussi ça marche très bien !

    J'avais pas vu ta réponse non plus au moment de la mienne gb !:-D
  • Bonsoir,
    je reviens vous voir pour la question 1 car en réalité l'exercice est de niveau première année et donc la convergence uniforme d'une suite de fonction ou encore le théorème de convergence dominée n'ont pas encore été vues. Du coup, comment peut-on justifier l'interversion limite-intégrale ? Merci d'avance !
  • Utilise la définition quantitative de la limite à l'infini et procède au bon encadrement par l'inégalité triangulaire.
  • A la main, comme au bon vieux temps…

    \[\lvert I_n-\ell(1-\sqrt{2}/2)\rvert = \left\lvert\int_{\pi/4}^{\pi/2}f_n(t)\cos t\,dt-\ell\int_{\pi/4}^{\pi/2}\cos t\,dt\right\rvert \leqslant \int_{\pi/4}^{\pi/2}\lvert f(nt)-\ell\rvert\cos t\,dt\]
    et, pour tout \(\epsilon\) strictement positif, il existe \(A\), donc \(N\) tel que :
    \begin{multline}n\geqslant N \implies n\frac\pi4 \geqslant A \implies \forall t\in[\pi/4,\pi/2]\ nt\geqslant A \implies \\
    \forall t\in[\pi/4,\pi/2]\ \lvert f(nt)-\ell\rvert \leqslant \epsilon \implies \lvert I_n-\ell(1-\sqrt{2}/2)\rvert\leqslant \epsilon\int_{\pi/4}^{\pi/2}\cos t\,dt \leqslant \epsilon.\end{multline}
  • Merci gb et BabbyJoe,
    Effectivement j'ai bien compris la démonstration à la main. Cependant l'énoncé précise :
    "En utilisant un théorème du cours (bien préciser les hypothèses), calculer $\lim_n I_n$"
    Du coup, de quel théorème d'un cours de première année peut-il bien s'agir ?
  • Sans connaître le contenu exact du cours en question, il est difficile de répondre.
    Si l'on exclut la convergence uniforme et la convergence dominée, il ne reste plus grand chose, c'est plus que maigre au sens de Baire.
    En première année (de quel cursus ?) il est possible que le cours aborde la convergence uniforme.
    J'ai appris (il y a bien longtemps il est vrai) l'intégration des fonctions réglées à Bac+1, en manipulant la convergence uniforme dans tous les sens.
  • Il s'agit de la première année de prépa intégrée à l'INSA. Visiblement ce cours d'analyse présente les généralités sur l'intégration de Riemann, les sommes de Riemann, techniques de primitivation, inégalité de Cauchy-Schwarz pour les intégrales... La convergence n'a pas été abordée (ni le théorème de convergence dominée) ...
  • Fabrice2 a écrit:
    Il s'agit de la première année de prépa intégrée à l'INSA. La convergence n'a pas été abordée (ni le théorème de convergence dominée) ...
    Fabrice2 a écrit:
    Cependant l'énoncé précise : "En utilisant un théorème du cours (bien préciser les hypothèses), calculer $\lim_n I_n$"

    Ces deux affirmations ne sont-elles pas contradictoires ?
  • Bonjour gb, oui ces informations sont contradictoires et cela me laisse également perplexe... Tant pis.
  • Bonjour gb et tout le monde,
    voici le sommaire du cours en question. Est-ce que cela nous mettrait sur la piste du théorème en question ? :)74086
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