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Égalité p.p

Bonjour
soit $\Omega$ un ouvert de $\R^n$ et soit $f \in L^1_{loc}(\Omega)$. Je souhaite démontrer l'implication suivante.
Si pour tout $\varphi \in \mathcal{D}(\Omega)$ on a $\displaystyle\int_{\Omega} f(x) \varphi(x) dx =0$ alors $f(x)= 0$ presque partout sur $\Omega$.
Ma difficulté est que je ne sais pas comment montrer le caractère "presque partout".

Je vous remercie d'avance pour votre aide.

Réponses

  • On commence par prendre un compact $K\subset \Omega$ fixé. L'idée est que $D(K)$ est dense dans $L^1(K)$, donc on peut choisir $\varphi_n$ dans $D(K)$ qui converge vers $f$ en norme $L^1(K)$. En utilisant cette suite que peut-on en déduire ?
  • En prenant une fonction plateau C infini qui vaut 1 sur un compact K et en exploitant une unité approchée on peut montrer que f est nulle sur ton compact.
  • remarque si $\varphi_n\to {\bf 1}_{[a,b]}$ avec $\varphi_n\le {\bf 1}_{[a,b]}$ passe à la limite avec le TCD
    Le 😄 Farceur


  • J'ai pensé à ceci: Soit $\varphi \in \mathcal{D}(\R^n)$. Alors il existe un compacte $K \subset \Omega$ telle que $Supp \varphi \subset K$. Ainsi on a: $\displaystyle\int_{\Omega} f(x) \varphi(x) dx = \displaystyle\int_{K} f(x) \varphi(x) dx=0$. Ma question est: Quel argument utiliser pour conclure que $f=0$ presque partout sur $\Omega$? Pourquoi $f$ n'est pas égale à 0 sur TOUT $\Omega$?

    Bien cordialement
  • Ton égalité ne dit rien si tu l'utilises pas avec la bonne phi. Dis donc ce que tu sais sur les approximations par les fonctions indéfiniment derivables ou sur la convolution et les unités approchées, à défaut.

    Quant au fait qu'on n'aura pas de f = 0 partout c'est hélas dans la nature des choses dans les espaces L^p. Tu peux seulement montrer que f vaut 0 pp sur les compacts (donc sur omega).
  • @ccapucine : si tu prends pour $f$ l'indicatrice des rationnels, elle vérifie bien tes hypothèses, pourtant elle n'est pas égale à $0$ partout, elle est seulement nulle presque partout. L'intégrale ne peut pas discerner des choses que la mesure sous-jacente ne discerne déjà pas !
  • Merci poirot. J'ai bien compris pourquoi c'est presque partout et pas partout.
    Il me reste à comprendre la façon de raisonner. Comment raisonner svp pour montrer l'implication:
    $\forall \varphi \in \mathcal{D}(\R): \displaystyle\int_{\Omega} f \varphi =0$ implique $f=0$ p.p?

    Vous proposez de considérer un $\varphi$ précis mais pourquoi et dans quel intérêt ? Puisque la relation doit être satisfaite quelque soit $\varphi$ ?
  • J'ai l'impression que tu dis un truc du type "si fg = 0 pour tout g alors f doit bien valoir 0 vu que ça doit être vrai pour tout g".
    Certes, mais même dans ce cas simple il faudrait exploiter une fonction g pour l'implication (ici facile, g=1 donne directement f = 0).

    Maintenant, on a une condition bien plus restrictive : phi doit être indéfiniment derivable à support compact ! Une fonction qui vaut identiquement 1 est hors de question (elle n'est pas à support compact). Et en plus de ça la condition n'est pas "fg = 0" mais "intégrale de fg = 0".

    Il faut donc plus se creuser la tête et connaître des choses sur l'espace D(R^n).
  • Et il faut aussi justifier qu'avoir égalité sur les compacts est suffisant, pour cela il faut une bonne description des ouverts de R^n. Bon, j'imagine qu'elle est dans le cours.
  • D'accord. Il faut donc exhiber une fonction test $\varphi$ non nulle. Dans vos précédents posts vous avez parlé de suites. Est-ce qu'on peut utiliser une fonction plateau au lieu d'une suite ?
    Voici ce que je propose. Soit $\varphi \in \mathcal{D}(\Omega)$ telle que $0 \leq \varphi \leq 1$ et $\varphi=1$ sur un compact $K$. On a : $$
    \displaystyle\int_{\Omega} f(x) \varphi(x) dx = \displaystyle\int_{\Omega \setminus K} f(x) \varphi(x) dx + \displaystyle\int_K f(x) dx=0
    $$ Est-ce qu'il y a possibilité de continuer ce raisonnement ? Merci de m'aider à finaliser ce raisonnement.

    Autre question. Si on exhibe une fonction $\varphi$ bien précise pour laquelle on montre l'implication. Cela ne veut par dire que l'implication est vraie quelque soit $\varphi$. Non ? C'est ce point que je n'arrive pas à comprendre

    Cordialement
  • Tu penses vraiment que pour montrer une implication du style $(\forall x, A(x)) \Rightarrow B$ tu as besoin d'utiliser tous les $x$ ? Tu sembles confondre ce que tu veux montrer avec quelque chose de la forme $\forall x, (A(x) \Rightarrow B)$, qui dans ton cas est complètement faux...
  • J'ai compris Poirot! Merci beaucoup!
    Ce que je veux montrer, c'est que si $\int_{`\Omega} f(x) \varphi(x) dx =0$ alors $f=0$ p.p et PAS si pour tout $\varphi$ on a ..
    Donc il suffit de le montrer pour une fonction test.
    Maintenant comment choisir cette fonction test ? Svp. Si on prend une fonction plateau comme je l'ai fait dans mon précédent post, comment on s'en sort ?
  • Bonsoir,
    C'est fait dans le livre d'analyse fonctionnelle de Haïm Brézis (version française) à la page 61.
  • mon indication dans le cas n=1 et celle de remarque http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,409200,409202#msg-409202
    Le 😄 Farceur


  • Oui side a compris l'idée. Je propose l'unité approchée si l'auteur ne connait pas l'approximation sur l'espace D(R^n). Mais en fait il faut au moins connaitre l'existence des fonctions plateau, et dans tous les cas savoir des choses sur cet espace. Savoir à quoi on a le droit aiderait.

    L'exercice est important et permet de conclure sur des résultats comme unicité de la distribution associée à une fonction donnée ou sur des résultats liés aux dérivées faibles.
  • Merci à tous. La preuve n'est pas du tout facile! Je pense alors qu'il me faut consulter le livre de Brezis pour lire la preuve. Puis je reviens pour voir l'importance de ce résultat.

    Bien cordialement
  • Mais tu as besoin de ça dans quel contexte ? C'est un résultat utile pour les notions "fruit" de l'analyse fonctionnelle, et par conséquent un cours qui aurait besoin du résultat devrait déjà avoir introduit l'étude des espaces de fonction indéfiniment derivables ou de la convolution.
  • Riemann_lapins_cretins on a étudié l'espace des fonctions tests.
    J'ai une question svp. Si on prend $f$ continue sur $\Omega$ telle que pour tout $\varphi \in \mathcal{D}(\Omega), \displaystyle\int_{\Omega} f(x) \varphi(x) dx=0$ alors ça implique que $f=0$ sur tout $\Omega$ ou bien $f=0$ presque partout sur $\Omega$?

    Bien cordialement
  • Bah les deux. Que dire d'une fonction continue qui est nulle presque partout ?
  • oui elle est nulle partout.

    Cordialement
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