Densité des suites presque nulles

Bonjour, je suis actuellement à la recherche d'une confirmation ou d'une infirmation quand à ma démonstration du problème suivant.

"Démontrer que les suites qui n'ont qu'un nombre fini de termes non nuls sont denses dans $\ell^p(\mathbb{N})$"

Ma démonstration est la suivante.
Il est bien clair que l'ensemble des suites presque nulles est inclus dans $\ell^p(\mathbb{N})$, on va montrer que ce même ensemble est dense dans $\ell^p(\mathbb{N})$, pour cela, on va démonter qu'on peut approcher n'importe quel élément de $\ell^p(\mathbb{N})$ avec une suite de suites presque nulles.

Soit $(x_n)_{n \in \mathbb{N}}$ une suite de $\ell^p(\mathbb{N})$, posons les suites :
$((x_{n}^{0})_{n}) := x_0$ si $n = 0$ et $0$ sinon
$((x_{n}^{1})_n) := x_0$ si $n = 0$, $x_1$ si $n =1$ et $0$ sinon, et ainsi de suite :
$((x_{n}^{k})_n) := x_0$ si $n=0$ ... $x_k$ si $n=k$ et $0$ sinon

Il est bien clair (par construction), que pour tout entier $k$, les suites $((x_{n}^{k})_n)$, sont presque nulles, et que lorsque $k$ tend vers l'infini, la suite $(x^{k})_{k \in \mathbb{N}}$ converge vers $(x_n)_{n \in \mathbb{N}}$.

Vous l'aurez certainement compris, la dernière assertion me pose problème, et j'ai un peu de mal à imaginer que cette suite de suites convergerait vers notre élément $\ell^p(\mathbb{N})$ juste parce qu'on l'aurait construit comme ça, sans utiliser d'autres arguments. Dans tout les cas ma démonstration même si elle est vraie, ne me satisfait pas, c'est donc pour cela que j'en appelle à votre aide, je vous remercie d'avance.

Réponses

  • Revenir à la définition de la convergence ...
  • Ok en fait, si $(x^{(k)})$ convergeait vers $(x_n)$ alors on aurait : $\forall \epsilon > 0, \quad \exists K \in \mathbb{N}, \quad \forall k > K, \left( \sum_{n \in [|1,k|]} |x_n -x_n|^p + \sum_{n=k}^{\infty} |x_n|^p \right)^{1/p}$

    Bon on sait néamoins que $\left (\sum_{n=k}^{\infty} |x_n|^p \right)^{1/p}$ est finie mais fixe, et que donc pour une suite donnée, la propriété n'est pas vraie pour tout epsilon du fait qu'on démarre la sommation à un indice $k$ fini, j'ai bon ?
  • En effet, le « il est bien clair » me va pour la première partie « les suites sont presque nulles » mais par pour « ... converge vers... ».
    Comme aléa, je pense que c’est à détailler, pour me convaincre.
  • Attendez une minute je suis quand même un peu perturbé, parce que :

    Si $k$ tends vers l'infini dans cette expression : $\| x^{(k)} -x \|_{l^p} = \left( \sum_{n \in [|1,k|]} |x_n -x_n|^p + \sum_{n=k}^{\infty} |x_n|^p \right)^{1/p}$, bah il est clair que ce truc tends vers $0$ et à ce moment là j'ai démontré la convergence de la suite que j'ai construite vers $(x_n)_n$, donc non en fait je crois que je viens de justifier le dernier argument et que ma preuve est correcte
  • Il manque un $\varepsilon$ quelque part sur la fin de l’assertion.
    On peut travailler dans un premier temps dans la puissance $1/p$.
    Découper la somme est ce qu’il « faut » faire puis il faut donner des arguments plus convaincants pour montrer que l’on peut rendre tout ça aussi petit que l’on veut...

    Édit : pardon, je ne le fais pas exprès, je commente à chaque fois « en retard » par rapport à tes nouveaux messages.
  • « Il est clair » : pourquoi le second terme tend vers $0$ ? Il faut le justifier même si c’est « évident ».
  • Oulà en fait j'ai compris ma bêtise, je pensais comme un idiot (je ne vois pas d'autres mots) que peu importe où on démarre la somme, le résultat est le même, mais c'est bien entendu faux pour une somme de série finie en tout cas.

    En général : $\sum_{n=k}^{\infty} u_n \neq \sum_{n=0}^{\infty} u_n$, et donc en fait, un tel $K$ dans mon assertion avec $\epsilon$, existe bel et bien puisqu'on peut rendre la somme aussi petite qu'on veut.
  • Oui désolé Dom, alors voici un argument plus détaillé pour dire que la deuxième sommation tend bien vers $0$ :

    On sait que : $\sum_{n=0}^{\infty} |x_n|^p = L$ ainsi $\sum_{n=k}^{\infty} |x_n|^p = L - \sum_{n=0}^{k} |x_n|^p$ et en faisant tendre $k$ vers l'infini dans la dernière égalité on trouve $L-L = 0$, [il n']y a plus qu'à passer à la puissance $1/p$
  • En effet c’est l'existence de ce $K$ qui est justifiée par le fait que comme la suite est choisie dans $\ell^p$ alors la série (avec les puissances $p$) est convergente et donc que la série des restes le reste de la série converge vers $0$ (et donc peut être rendue plus petite que $\varepsilon$).

    Édit : haha encore juste en retard, c’est ça !
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