Fonction $x \mapsto e^x$
Bonjour,
Soit $f$ une fonction $C^{\infty}$ de $\R$ dans $\R$ telle que, pour tout $n \in \N$, et tout $x \in \R$, $0 \leq f^{(n+1)}(x) \leq f^{(n)}(x)$ et telle que $ \lim_{x \mapsto \bf{- \infty}} f(x)e^{-x}=1$ (on prend la limite en $\bf{- \infty}$ et non en $+ \infty$). Est-ce que alors, on a nécessairement: pour tout $x \in \R$, $f(x)=e^x$ ?
Merci d'avance.
Soit $f$ une fonction $C^{\infty}$ de $\R$ dans $\R$ telle que, pour tout $n \in \N$, et tout $x \in \R$, $0 \leq f^{(n+1)}(x) \leq f^{(n)}(x)$ et telle que $ \lim_{x \mapsto \bf{- \infty}} f(x)e^{-x}=1$ (on prend la limite en $\bf{- \infty}$ et non en $+ \infty$). Est-ce que alors, on a nécessairement: pour tout $x \in \R$, $f(x)=e^x$ ?
Merci d'avance.
Réponses
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Bonjour.
Que penses-tu de $f(x)=e^x+1$ ?
Cordialement.
[édit : Erreur; effectivement, j'ai considéré la limite en $+\infty$ pour $e^{-x}.] -
La fonction $f$ est absolument monotone sur $\mathbb R$ tout entier, donc développable en série entière avec rayon de convergence infini.
La fonction $x \mapsto e^{-x} f^{(n)}(x)$ est décroissante.
C'est juste pour faire avancer le Schmilblic. -
Merci Chaurien.
J'ai regardé sur Wikipédia, car je ne savais pas ce que voulait dire "absolument monotone". J'ai trouvé aussi ce théorème: théorème de Bernstein.
Comment fais-tu pour montrer que $f$ est développable en série entière avec rayon de convergence infini ? -
On voit aussi qu'il existe $\ell\in\left[0;1\right]$ tel que pour tout réel $x$ on a : $e^{x}\geqslant f\left(x\right)\geqslant\ell e^{x}$ (où $\ell$ désigne la limite en $+\infty$ de la fonction décroissante et positive $x\mapsto e^{-x}f\left(x\right)$)
-
Si $g(x)=f(x)e^{-x}$ alors (Leibnitz) $0\leq \sum_{k=0}^{n+1}C^k_{n+1}g^{(k)}\leq \sum_{k=0}^{n}C^k_{n}g^{(k)}$ et donc (Pascal) $ \sum_{k=0}^{n}C^k_{n}g^{(k+1)}\leq 0$ et donc (Leibnitz) $(e^xg'(x) )^{(n)}\leq 0.$ C'est dire que $x\mapsto -e^xg'(x)$ est absolument monotone et donc (Bernstein) qu'il existe une mesure positive sur $[0,\infty)$ telle que pour tout $x$ on ait $-e^xg'(x)=\int_0^{\infty}e^{xy}\mu(dy).$ D'ou$$g(x)=g(-\infty)-\int_{-\infty}^x\left(e^{-z}\int_0^{\infty}e^{zy}\mu(dy)\right)dz=1-\int_0^{\infty}\left(\int_{-\infty}^x e^{z(y-1)}dz \right)\mu(dy)$$ ce qui montre que $\mu([0,1])=0.$ On a enfin $$g(x)=1-\int_1^{\infty}e^{x(y-1)}\frac{\mu(dy)}{y-1}$$ ce qui est impossible puisque $g\geq 0$, a moins que $\mu$ ne soit la mesure nulle. Donc $g=1.$
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Bonjour!
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