Limite d'une fonction
Bonjour.
Soit $f:\mathbb{R} \to \mathbb{R}$ une fonction continue à droite et telle que pour tout $r \in \mathbb{N}^*,$ la suite $(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ converge dans $\mathbb{R}.$
Prouvez que $f$ admet une limite en $+\infty.$
Indication. Prenez, pour une valeur particulière de $r,$ la limite de $(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ et vérifiez qu'elle est la limite de $f$ en $+\infty.$
Pour $r=1,$ la suite $(f(k))_{k \in \mathbb{N}}$ converge vers $y \in \mathbb{R}.$ Aussi, pour tout $r,(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ est une suite convergente, ce qui implique $\forall \epsilon>0,\ \exists p_0,\ \forall p\geq p_0,\ \forall k \in \mathbb{N},\ |f(\frac{p+k}{r})-f(\frac{p}{r})| \leq \epsilon , \qquad (P)$
Alors, il suffit de vérifier que $\lim_{x \to +\infty}f(x)=y.$ Pour $\epsilon>0$ fixé il faut que $|f(x)-y| \leq |f(x)-f(k)|+|f(k)-y|$ pour $k$ et $x$ assez grand.
Il reste à majorer $|f(x)-f(k)|,$ comment vérifier cela ? En utilisant le continuité à droite de $f$ et $(P)$ ?
Merci.
Soit $f:\mathbb{R} \to \mathbb{R}$ une fonction continue à droite et telle que pour tout $r \in \mathbb{N}^*,$ la suite $(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ converge dans $\mathbb{R}.$
Prouvez que $f$ admet une limite en $+\infty.$
Indication. Prenez, pour une valeur particulière de $r,$ la limite de $(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ et vérifiez qu'elle est la limite de $f$ en $+\infty.$
Pour $r=1,$ la suite $(f(k))_{k \in \mathbb{N}}$ converge vers $y \in \mathbb{R}.$ Aussi, pour tout $r,(f(\frac{k}{r}))_{k \in \mathbb{N}}$ est une suite convergente, ce qui implique $\forall \epsilon>0,\ \exists p_0,\ \forall p\geq p_0,\ \forall k \in \mathbb{N},\ |f(\frac{p+k}{r})-f(\frac{p}{r})| \leq \epsilon , \qquad (P)$
Alors, il suffit de vérifier que $\lim_{x \to +\infty}f(x)=y.$ Pour $\epsilon>0$ fixé il faut que $|f(x)-y| \leq |f(x)-f(k)|+|f(k)-y|$ pour $k$ et $x$ assez grand.
Il reste à majorer $|f(x)-f(k)|,$ comment vérifier cela ? En utilisant le continuité à droite de $f$ et $(P)$ ?
Merci.
Réponses
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Joli question, je n'ai pas trop réfléchi. Une idée on a
$\lim_{n\to \infty} f(\frac{ n}{2^k}) =y$, pour tout $k$, mais $\{ \frac{n}{2^k}\}$ est dense dans $[0,+\infty[$
Ajout une remarque, si de plus $f$ était uniformément continue ton raisonnement marche à merveille, mais je ne vois pas pour le moment comment le sauver avec seulement la continuité à droite.Le 😄 Farceur -
Bonjour,
Soit $\chi :\Bbb R\to \Bbb R$ la fonction en pointe $$x\mapsto \left\{\begin{array}{ll} 1-x & \text{si } x \in [0,1]\\
1+x & \text{si } x \in [-1,0[\\
0 & \text{si } |x|>1 \end{array}\right.
$$ J'ai l'impression que la propriété demandée est fausse et que $\displaystyle f: x\mapsto \sum _{n=0}^\infty \chi(4^nx-6^n)$ est un contre-exemple. En effet, le support de $f$ est $\displaystyle \bigcup_{n=0}^\infty \Big[ \Big(\frac32\Big)^n -4^{-n} , \Big(\frac32\Big)^n +4^{-n} \Big]$ et tout $\{\frac{k}r\mid k\in\Bbb N\}$ pour $ r\in\Bbb N^*$ en est disjoint au voisinage de l'infini.
Édit : Je crois que ce raisonnement est faux. -
Bon, encore une question qui va rester sans réponseLe 😄 Farceur
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L'énoncé de cet exo laisse penser qu'il est "facile" avec une indication quasi évidente qui est là pour dire "il n'y a rien de compliqué tout s'enchaîne naturellement", mais à la fin pas du tout...
Si on cherche un contre-exemple on se retrouve avec le même genre de construction que Calli.
Si on cherche une preuve on ne voit pas trop comment utiliser la continuité à droite. -
C'est bon je vois, on utilise la caractérisation séquentielle de la continuité à droite : f est continue à droite en x $\iff$ pour toute suite décroissante vers x, on a f(x_n) tend vers f(x). On peut sauver ta preuve. comme je l'avais fait remarquer dans mon premier post les dyadiques $\frac{a}{2^k},\ (a,k) \in \mathbb{Z} \times \mathbb{N}$ sont dense dans $\R$
D'une manière plus précis, soit x>0, appelons la suite$(x_k)$ définie par $x_k=\frac{E(2^k x)}{2^k}$ on a $x_k$ converge en décroissant vers x , donc continuité à droite f(x_k) tend vers f(x) et on peut continuer comme tu l'as fait
$|f(x)-y| \leq |f(x)-f(x_k)|+|f(x_k)-y|<\epsilon $Le 😄 Farceur -
Pourquoi $f(x_k)$ converge vers $y$?
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J'ai proposé quelque chose dans la partie probabilités: http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?12,2249510,2249542#msg-2249542.
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Bonjour,
Notons $D = \{n \,2^{-k}\mid(n,k)\in\Bbb N^2\}$. Il n'est pas vrai que $\big(\forall k\in\Bbb N, f(n\, 2^{-k})\underset{n\to\infty}\longrightarrow \ell \big) \Rightarrow f(x)\underset{\substack{x\to\infty\\ x\in D}}\longrightarrow \ell$. Mais j'ai l'impression que, gebrane et zazou, vous l'avez implicitement admis.
En fait, ma première tentative de contre-exemple fonctionnait, donc je vais la reprendre en la justifiant.
Soient $\chi :\Bbb R\to \Bbb R$ la fonction en pointe $$x\mapsto \left\{\begin{array}{ll} 1-x & \text{si } x \in [0,1]\\
1+x & \text{si } x \in [-1,0[\\
0 & \text{si } |x|>1 \end{array}\right.
$$ et $$\displaystyle f: x\mapsto \sum _{n=0}^\infty \chi\Big( 4^n \Big[ x-\Big(\frac32\Big)^n \Big] \Big).$$
Alors $f$ est continue, son support est $\bigcup\limits_{n=0}^\infty [ (\frac32)^n -4^{-n}, (\frac32)^n +4^{-n} ]$ et elle ne possède pas de limite en $+\infty$.
Soit $r\in\Bbb N^*$. Montrons que la suite $(f(\frac{k}r))_{k\in\Bbb N}$ converge néanmoins vers 0.
On a pour tout $k\in\Bbb N$ et pour tout $n>v_2(r)$ : $$\Big|\frac{k}r - \Big(\frac32\Big)^n\Big| = \frac{|2^n k -3^n r|}{2^n r} \geqslant \frac1{2^n r}$$ car $2^n k -3^n r$ est un entier non nul.
De plus, $4^{-n} = o(\frac1{2^n r})$, donc $\exists n_0\in\Bbb N, \forall n>n_0,4^{-n} < \frac1{2^n r}$. Posons $n_1 = \max(v_2(r),n_0)$. Soit $k_0$ tel que : $\frac{k_0}{r} > \max\limits_{n \in0,n_1} ( (\frac32)^n +4^{-n} ) $. Alors : $$\forall k>k_0, \forall n\in\Bbb N,\qquad \Big|\frac{k}r - \Big(\frac32\Big)^n\Big| > 4^{-n}.$$ Ce qui veut dire que $\frac{k}r$ n'appartient pas au support de $f$. Donc $(f(\frac{k}r))_{k\in\Bbb N}$ est nulle à partir d'un certain rang. -
C'était donc bien l'énoncé de l'exo qui était faux...
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Alors je me suis planté, je ne sais plus comment je peux me regarder dans un miroir maintenant (td). Le contre exemple de Calli me donne des vertiges. Raro ou Zazou ou raoul-s tu le valides?Le 😄 Farceur
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@Calli: Il me faut un peu de temps pour digérer ton exemple.
Je suis un peu surpris parce que si on regarde par exemple ce livre page 58-59, on a
$$\lim_{t\in D, t\uparrow\infty} X_t = X_\infty$$
et l'auteur écrit ensuite que la continuité à droite permet de conclure.
$$\lim_{t\uparrow\infty} X_t = X_\infty$$
Ce qui me semblait pouvoir être prouvé comme je l'ai fait. Sais-tu où est le problème dans ma preuve sur le forum de probabilités?
Il faut donc peut-être raisonner directement sur le nombre de montées (qui doit être le même pour le processus continu) ? -
zazou, si on essayait de montrer la propriété de l'exercice, on pourrait procéder en deux étapes :
- On suppose que, pour tout $r\in\Bbb N^*$, $(f(\frac{k}r))_{k\in\Bbb N}$ converge et on montre alors que $ f(x)\underset{\substack{x\to\infty\\ x\in D}}\longrightarrow \ell$ où $D$ est un ensemble dense de rationnels, par exemple $D=\Bbb Q$ ou $D = \{n \,2^{-k}\mid(n,k)\in\Bbb N^2\}$.
- On suppose que $ f(x)\underset{\substack{x\to\infty\\ x\in D}}\longrightarrow \ell$ où $D$ est un ensemble dense dans $\Bbb R$ et on en déduit que $ f(x)\underset{\substack{x\to\infty\\ x\in \Bbb R}}\longrightarrow \ell$.
-
Non, dans la formulation en probas on a $P(\bigcap_{p \in \mathbb{N}}\{ (X_{\frac{k}{2^p}})_{k \in \mathbb{N}} \ \text{converge}\})=1$, pas $P(\{ (X_{x})_{x\in D} \ \text{converge}\})=1$.
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La question portait sur la preuve du Théorème 3.4.1. a) page 35 du cours indiqué par l'auteur. C'est de là que je suis parti.
En tout cas, merci pour le contre-exemple, j'aurai appris que 1) était fausse. -
@Calli merci pour le contre-exemple.
Est-ce que cela veut dire qu'il y a une erreur dans la preuve théorème 3.4.1. a) page 35: cours ? L'auteur a laissé des détails nécessaires.
Peut-être la reformulation du problème posé ci-dessus est incorrecte !
Si la preuve est vraie, comment relever le problème pour conclure de la "continuité à droite" que $(X_r)_{r \in \mathbb{R}^+}$ converge p.s ? -
Pour moi, le problème n'est pas dans ta reformulation mais dans la preuve du pdf qui est fausse.
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La question est posée sur https://math.stackexchange.com/questions/4143526/sub-martingale-and-a-s-convergence/4143650#4143650, les détails sont laissés, il a utilisé le 1. de la réponse @Calli, sans preuve ce qui est faux!
-
Bonjour,on attend.Le 😄 Farceur
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Bonjour!
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