Série de distributions

Bonjour
On se donne une série $$S_n(t) = \sum_{p=-n}^{n}{f_p(t)}$$ qui converge uniformément, avec $f_p$ localement intégrable sur $\mathbb{R}$.
On suppose que $S_n$ converge au sens des distributions.
Alors la distribution $S_n'$ converge (vers une distribution $S'$).

Je ne vois pas comment montrer que la distribution associée à $S'$ est la dérivée terme à terme de $S$.
Au sens classique, il est nécessaire que la somme des dérivées terme à terme soit finie mais pour les distributions c'est différent.

Merci de vos réponses.

Réponses

  • Ecris simplement (où les crochets de dualité désignent la dualité distribution-fonction test) : $<S_{n},\phi'>=-<S^{'}_{n},\phi>.$
    Il s'agit d'appliquer la définition de la dérivée d'une distribution.
  • Oui je connaissait cette définition de la dérivée : cela donne $$
    <S', \phi>\, = - <S, \phi '> \,= -\int_{\mathbb{R}}{ \sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p(t)} \phi '} .
    $$ Mais j'aimerais conclure que $$
    <S', \phi>\, = \int_{\mathbb{R}}{ \sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)} \phi } =\, <\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)}, \phi> .

    $$ Et je ne pense pas qu'on peut simplement (dans la première expression) inverser série intégrale faire une ipp puis réinverser série intégrale car je ne suppose pas que $\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)} < \infty$ et on à parfois même une divergence (de la série au sens classique) sans que cela pose de problème au sens des distributions.
  • $S'_{n}$ est une notation pour définir la distribution qui vérifie la relation par dualité écrite ci-dessus... Cet objet n'a pas d'expression analytique (à priori).
    Note par simplicité $T_{n}$ la distribution $S^{'}_{n}$ et manipule les crochets de dualité et tu verras qu'il n'y a rien à faire...
  • Argon je pense que tu devrais préciser ce que tu entends par $<\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)}, \phi>$
  • Par la notation $<\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)},\phi>$, je sous-entends la distribution régulière associée à la fonction localement intégrable $\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)}$ (cette fonction est bien définie puisqu'elle est limite uniforme de $S_n$) contre la fonction test $\phi$.

    Quand j'écrivais $S_n'$, je pensais également à la distribution régulière associée à $S_n'$. On peut noter cette distribution $T_{S_n'}$, et là je sous-entendais le résultat suivant pour les distributions régulières : $T_{S_n}' = T_{S_n'}$.

    En notant $T_f$ la distribution régulière associée à une fonction localement intégrable $f$, on a $$
    T_{\sum_{p=-n}^{n}{f_p'(t)}} = T_{S_n'} = T_{S_n}' \overset{\mathcal{D}(\mathbb{R})'}{\underset{n\rightarrow +\infty}{\longrightarrow}} T_{S}' = T_{S'} = T_{(\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p(t)})'} \overset{\textrm{ce que je souhaite}}{=} T_{(\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)})},
    $$ en justifiant :
    la 1ère égalité car c'est une somme finie ;
    la 2nde égalité par propriété d'une distribution régulière ;
    la limite car on a $T_{S_n} \overset{\mathcal{D}(\mathbb{R})'}{\underset{n\rightarrow +\infty}{\longrightarrow}} T_{S}$, puis en utilisant la définition de la dérivée au sens des distributions ;
    la 3ème égalité par propriété d'une distribution régulière ;
    la 4ème égalité par définition.
    Mais la 5ème égalité est fausse si $\sum_{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'(t)}$ diverge (au sens classique d'une série) ... ?

    Qu'est-ce que vous sous-entendez par "manipulation sur les crochets" ? Utiliser la linéarité ?
    Merci de votre aide.
  • Bonjour,

    Dans tout ce discours, je n'ai toujours pas compris qui était \(S'\).
  • Bonjour
    Je définis $S$ comme la limite uniforme de $S_n$ au sens classique des fonctions.
    Et je montre que $T_S$ (la distribution régulière associée à $S$) est limite au sens des distributions de $T_{S_n}$ (la distribution régulière associée à $S_n$, qui peut également être vue par linéarité comme la somme $\sum\limits_{p=-n}^{n}{T_{f_p}},$ où $T_{f_p}$ est la distribution régulière associée à $f_p$).

    On a donc également convergence de $T_{S_n}'$ vers $T_S'$ au sens des distributions.
    Je me rends compte que dans mon dernier post je n'ai pas le droit de dire que $T_S'= T_{S'}$ puisque rien ne me prouve que $S$ est dérivable (au sens des fonctions).
    Néanmoins (je ne l'ai pas encore dit) mais les $f_p$ sont des fonctions dérivables (au sens classique) et je dispose donc des $f_p'$ (au sens classique).

    Mon but est de montrer que $T_S' = T_{\sum _{p=-\infty}^{+\infty}{f_p'}} $. Mais peut-être y a-t-il une erreur dans mon raisonnement, et que ce qui peut être montré est plutôt $T_S'= \sum\limits_{p=-\infty}^{+\infty}{T_{f_p}'} $
  • Peut-être aurais-je dû commencer par citer l'énoncé que je souhaite démontrer (mais je le trouve vague) :
    "Une série convergente au sens des distributions peut-être dérivée terme à terme."
    Sachant que je dispose des hypothèses énoncées au début de mon premier post.
  • Cela me paraît effectivement plus raisonnable, et il me semble que tu l'as déjà prouvé.
  • _argon écrivait:
    Une série convergente au sens des distributions peut-être dérivée terme à terme.

    Il n'est pas question d'une série \(\sum f_n\) uniformément convergente dans cette énoncé ; c'est tout bêtement la continuité de la dérivation.
  • Merci de vos remarques.
    J'ai donc pour toute fonction test $\phi$
    $$ <T_S', \phi> = \lim_{n\rightarrow+\infty} <T_{S_n}', \phi> = \lim_{n\rightarrow+\infty} <T_{\sum_{p=-n}^{n}{f_p'}}, \phi> = \lim_{n\rightarrow+\infty} <\sum_{p=-n}^{n}{T_{f_p}'}, \phi> \\ = \lim_{n\rightarrow+\infty} \sum_{p=-n}^{n}{<T_{f_p}', \phi>} = \sum_{p=-\infty}^{\infty}{<T_{f_p}', \phi>} \overset{(1)}{=} <\sum_{p=-\infty}^{\infty}{T_{f_p}'}, \phi> \overset{(2)}{=} <T_{\sum_{p=-\infty}^{\infty}{f_p'}}, \phi> $$
    J'ai un doute pour les passages $(1)$ et $(2)$, c'est correct ?

    Merci à vous.
  • Par continuité de la dérivation à donc directement le résultat alors ?
  • Je vois un gros calcul qui se mord la queue, où on ne calcule aucune dérivée… et où la notation \(\sum_{p=-\infty}^{\infty}f_p'\), qui n'a aucun sens, sort du chapeau on ne sait comment.
  • Ainsi l'égalité numéroté $(2)$ n'a aucun sens, ce que je comprends puisque la somme $\sum_{p\in\mathbb{Z}}{f_p'}$ peut être infinie. Merci pour cette remarque.

    Mais ai-je l'égalité $(1)$ ? J'ai envie de dire oui en appliquant la linéarité sur une infinité de termes mais j'ai l'impression que ce n'est pas toujours vrai.

    En utilisant votre remarque sur la continuité de l'opérateur de dérivation que je note $d$, j'écris $$
    \sum_{p=-n}^{n}{T_{f_p}'} = d\left( \sum_{p=-n}^{n}{T_{f_p}} \right) \longrightarrow d\left( \sum_{p=-\infty}^{+\infty}{T_{f_p}} \right) \overset{(3)}{=} \sum_{p=-\infty}^{+\infty}{d\left(T_{f_p}\right)}.
    $$ Mais là encore j'ai un problème avec la linéarité sur une infinité de termes en $(3)$.

    Merci pour votre aide.
  • C'est bien ce que je disais, c'est la continuité de la dérivation :
    \[d(\lim T_{S_n}) = \lim d(T_{S_n}).\]
    Il faudrait revenir à un calcul correct de la dérivée de \(T_S\) en partant de :
    \[\mathopen{<}(T_S)',\phi\mathclose{>} = -\mathopen{<}T_S,\phi'\mathclose{>}=\dotsc\]
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