Convergence d'une intégrale

Bonjour
Soit t un réel strictement positif.
Je cherche à montrer que l'intégrale (selon x) de 0 à 1 de la fonction f qui à x associe ln(x)exp(-x)x^(t-1) converge, il y a impropreté en 0.

Si t>1/2 alors en 0 f est négligeable devant 1/t^1/2 dont l'intégrale converge sur 0;1 donc c'est bon (croissances comparées)

Si t<=1/2, je ne parviens pas à trouver une fonction devant laquelle f est négligeable (ou qui lui est équivalente) et dont l'intégrale converge sur le segment considéré, car la croissance comparée utilisée dans l'autre cas n'est plus utilisable, ni aucune de ce genre d'ailleurs.
Une autre méthode ?
Merci d'avance.

Réponses

  • On fixe $\alpha$ strictement compris entre $-1$ et $t-1$, par exemple $\alpha=\dfrac{t}2-1$. On a : \[\lim_{x\to0^+}\frac{x^{t-1}\ln x}{x^\alpha}=0,\] donc $x^{t-1}\mathrm{e}^{-x}\ln x=o(x^\alpha)$ au voisinage de $0$ : est-ce que ça t'aide ?
  • Bonjour. Soit $t>0$.

    L'intégrale suivante converge-t-elle ? $\quad \displaystyle\int_0^1 \ln(x) \cdot \exp(-x) \cdot x^{t-1} dx$

    Pour quelques dollars de plus
    Bonjour. Soit $t>0$.
    
    L'intégrale suivante converge-t-elle ? $\int_0^1 \ln(x) \exp(-x) x^{t-1} dx$
    

    PS : Bertrand, non ?
  • Le produit de 2 fonctions intégrables est-il nécessairement intégrable sur un segment (voire un intervalle ouvert) ?
  • Qu'appelles-tu fonction intégrable sur un segment ? Riemann ou Lebesgue ?

    Sur un intervalle ouvert, non, bien sûr. Peux-tu trouver un contre-exemple ?
  • Riemann bien sûr !! Lebesgue je n'y comprends rien.

    Un contre-exemple... sur $]0;1]$ , $\frac{1}{\sqrt{x}}$ fois lui-même ? sur $[1;+\infty[$ je ne vois pas par contre ...
  • Le produit de deux fonctions intégrables au sens de Riemann sur un segment est intégrable. Une caractérisation à la Lebesgue : elle est bornée et l'ensemble des points de discontinuité est au plus dénombrable. Cette caractérisation passe visiblement au produit.

    Pour un contre-exemple sur $\R^+$, imagine un triangle isocèle de largeur $2/n^3$ et de hauteur $n$ placé à l'abscisse $n$ (à partir de $n\ge3$ pour éviter les chevauchements). L'aire de chaque triangle est $1/n^2$, ce qui définit une fonction intégrable ; si on élève la fonction au carré, on obtient une aire de l'ordre de $1/n$ pour chaque « triangle » (aux bords arrondis), ce qui définit une fonction non intégrable. (Le dessin ci-dessous triche : la largeur est $2/n^{3/2}$ au lieu de $1/n^3$ pour qu'on puisse la voir.)86160
  • Merci pour l'exemple !
    As-tu un exemple avec une fonction continue ?
  • Une fonction continue sur un segment y est intégrable.
  • Je ne comprends pas la question de totem (la fonction définie avec les triangles est aussi continue que possible) ni la réponse de Poirot (on cherche un exemple de fonction intégrable dont le carré n'est pas intégrable, donc sur un intervalle qui n'est pas un segment).
  • @Math Coss: euh...oui ce n'est pas ce que je voulais dire en fait :-D

    Régulière ? Ou dérivable en tout point de son domaine de définition plutôt ? Tu vois ce que je veux dire ? :-S
  • Oui, on peut faire des recollements de classe $C^\infty$ sur des intervalles aussi petits que l'on veut et en changeant l'intégrale aussi peu que l'on veut (de moins de $1/n^7$ pour chaque triangle) mais c'est pénible à expliciter.

    Ça peut commencer comme ça. On part de $f(x)=\exp\frac1{x^2-1}$ pour $|x|<1$ et $f(x)=0$ sinon (en bleu) ; on intègre : $g(x)=\int_{-\infty}^xf(t)\mathrm{d}t$ (en vert). On intègre encore un coup (pas de dessin), c'est-à-dire $h(x)=\int_{-\infty}^xg(t)\mathrm{d}t$ : alors $h$ est de classe $C^\infty$, on a $h(x)=0$ si $x\le1$ et $h(x)=ax+b$ pour $x>1$ (avec $a$ et $b$ à déterminer). En jouant sur les constantes (prendre $\alpha\,h(\beta x)$ pour des constantes $\alpha$ et $\beta$ qui vont bien, ce qui revient en gros à remplacer l'intervalle $[-1,1]$ par un autre intervalle, par exemple $\bigl[-\frac1{n^{18}},\frac1{n^{18}}\bigr]$, multiplier $f$ par une constante pour que la pente de $h$ soit plus grande ou plus petite, etc.), on se débrouille.86164
  • Ah oui en effet, ce n'est pas aussi simple à trouver que sur $]0;1]$.
    On peut d'ailleurs se demander pourquoi.

    Merci pour cet exemple.
  • Passer de continu à $C^\infty$, c'est pénible mais c'est du bricolage, un peu comme passer un coup de vernis pour changer l'aspect de mat à brillant : pas significatif à mon sens.

    Pourquoi c'est plus pénible ? Parce qu'on ne peut pas prendre une fonction strictement décroissante : en effet, si une fonction est strictement décroissante, elle est strictement inférieure à $1$ au-delà d'un certain point et le carré de cette fonction est donc plus petit que la fonction. Il faut donc aller chercher des fonctions qui taquinent l'infini mais ça, eh bien, il faut les fabriquer parce qu'on n'a pas de formule toute faite (peut-être qu'en cherchant bien...).
  • C'est en effet plus compliqué en $+\infty$ qu'en $0$ de décrire une fonction intégrable $f$ dont le carré $f^2$ ne l'est pas.

    "Moralement", il est un peu vrai (mais sans l'être tout à fait 8-)) que le carré d'une fonction intégrable en $+ \infty$ l'est aussi.

    Un exemple c'est que c'est vrai pour les séries :
    $\sum |a_n|$ converge $\Longrightarrow$ $\sum {a_n}^2$ converge

    Un autre exemple c'est que c'est vrai pour une fonction intégrable en $+\infty$ qui tend vers 0 (ou tout simplement bornée !).
    (donc ça marche par exemple pour $f$ monotone, ou lipschitzienne)
  • @Marsup :je ne connaissais pas cet intéressant théorème sur les séries .
  • En fait ce n'est pas si "intéressant" (c'est une implication simple, hein, j'avais fait une faute de frappe !)

    C'est tout simplement que $a_n \to 0$, donc $a_n^2 \le |a_n|$ à partir d'un certain rang.
  • Une remarque intéressante, en revanche, c'est que
    $\sum |a_n|$ converge, $\Longrightarrow$ $\sum a_n^2$ converge.
    mais : $\int_{0}^1 f^2$ converge, $\Longrightarrow$ $\int_0^1 |f|$ converge.
  • Plus dur pour les intégrales, vivent Cauchy et Schwarz.
  • Oui entre 0 et 1 pour les intégrales, la propriété est l' "inverse" ! Mais ça vient du critère des intégrales de Riemann je crois...
  • Ici, il s'agit d'intégrales généralisées (pas d'intégrales de Riemann, donc), je ne sais pas ce que tu appelles « critère des intégrales de Riemann ».
  • Je pense que totem veut parler des critères de la forme
    $\int_1^\infty \frac{dt}{t^a}$ converge ssi...
    $\int_0^1 \frac{dt}{t^a}$ converge ssi...
  • Oui voilà !
  • Merci @Math Cross !
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