Représentation des formes linéaires

Bonjour

Une petite question sur les formes linéaires. On sait d'aprés le théorème de représentation de Riesz que pour un Hilbertien $\mathcal{H}$ il y a isomorphisme avec le dual topologique $\mathcal{H}'$.

Cependant si l'on considère l'espace $\mathcal{D}(\mathbb{R})$ des fonctions $\mathcal{C}^{\infty}$ à support borné ( respectivement l'espace de Schartz $\mathcal{S}(\mathbb{R})$ ), on sait bien que $\mathcal{D}'(\mathbb{R})$ ( respectivement $\mathcal{S}'(\mathbb{R})$ ) contient des distributions singulières, qui par définition ne peuvent pas s'écrire comme des produits scalaires ( l'exemple typique de $\delta$ ).

Il me semble par ailleurs que $\mathcal{D}(\mathbb{R})$ (respectivement $\mathcal{S}(\mathbb{R})$ ) est préhilbertien pour $( f | g ) = \int_{\mathbb{R}} f(t) g(t) dt$ . La présence de distributions singulières serait donc due à l'incomplétude de $\mathcal{D}(\mathbb{R})$ (respectivement de $\mathcal{S}(\mathbb{R})$ ) ? Pourtant les démonstrations standards du théorème de représentation de Riesz (comme celle sur wikipédia) ne me semblent pas utiliser cette propriété ... Je dois louper quelque chose mais je ne vois pas où ...

Petite question annexe : si l'on se place dans un préhilbertien $( \mathcal{H}, (\cdot|\cdot) )$ y a t'il des théorèmes donnant plus généralement des indications sur la possibilité de représentation d'une forme linéaire (continue ?) comme un produit scalaire ?

Réponses

  • La démonstration du théorème de représentation des formes linéaires dans un Hilbert utilise le théorème de projection sur un convexe fermé (en l'occurence, le fermé est l'hyperplan noyau de la forme linéaire en question), qui utilise la complétude de manière cruciale.

    (sur Wikipedia, ils utilisent l'existence d'un supplémentaire orthogonal, qui est un corollaire du théorème de projection sur un convexe fermé)
  • Plus précisément, la démonstration du théorème de projection sur un convexe fermé montre a priori seulement que la suite de points censés approcher $d(C,x)$ est une suite de Cauchy, c'est là qu'on utilise la complétude.
    Un autre petit commentaire:
    "La présence de distributions singulières serait donc due à l'incomplétude de $ \mathcal{D}(\mathbb{R})$ (respectivement de $ \mathcal{S}(\mathbb{R})$ ) ?"
    On ne peut pas vraiment dire ça. Par exemple $H^1([0,1]$ est un espace de Hilbert et $\delta$ définit bien une forme linéaire continue dessus. C'est seulement la représentation sous forme de produit scalaire qui est mise en défaut.
  • >

    Je ne saisis pas ... Le théorème de Riesz indique JUSTEMENT que pour un espace hermitien toute forme linéaire continue s'écrit comme un produit scalaire avec un unique élément correspondant. Je ne me souvient plus vraiment de ce que représente $ H^1([0,1]$ (appelé espace de Hardy, c'est ça ?) mais s'il est effectivement hermitien et que $ \delta$ est bien continue dessus, il y a un problème quelque part ...

    A supposer par contre que sur cet espace $ \delta $ se mette sous la forme $(f|\cdot)$ je veux bien qu'on m'exhibe le $f$ en question.
  • Oups, il faut lire <<hilbertien>> dans les deux cas et pas <<hermitien>> bien sûr ...
  • Bonjour


    Et la topologie?

    Les distribution sont les fomes linéaires continues sur D(R) muni d'une certaine topologie qui n'est pas celle de l'espace L^2.
    Les distibutions ne sont donc par des formes continues pour la topologie de L^2

    D(R) est complet pour cette topologie

    La topologie sur D(R) est la limite inductive des DK(R) ,K compact de R

    Les formes linéaires continues sur un espace pré hilbertien sont les meme que celles définies sur son complété qui est hilbertien.

    Cordialement

  • Ok, il est vrai que j'avais intuitivement pensé que la continuité sur $\mathcal{D}'(\R)$ était celle subornée à la norme $||\cdot||_2$. Mais du coup la topologie utilisée est elle compatible avec un produit scalaire ? Autrement dit, $\mathcal{D}(\R)$, qui est donc un espace vectoriel complet pour cette topologie, est-il hermitien ?

    Si oui, pour le produit scalaire associé, $\delta$ est bien sencée s'écrire $(f|\cdot)$. Pour quel produit justement ? et avec quel vecteur $f$ ?

    Et qu'en est il pour $H^1([0,1])$ ? Même réponse ? La question que j'ai posé suite au commentaire de corentin ne me semble pas avoir perdu en pertinence...
  • Bonjour


    la topolgie que j'ai indiquée pour D(R) n'a rien a voir avec celle d'un espace de Hilbert :elle n'est meme pas métrisable.

    On peut évidemment mettre sur D(R) la topologie de L^2 qui est distincte en fait moins fine.

    Il y donc "plus de distributions que de fonctions de L^2"
    Une distribution ne peut dons pas toujours s"écrire avec un produit scalaire

    H1 espace de Sobolev :est formé des fonctions de L^2 dont la dérivée au sens des distribution est ausssi dans L^2

    On le muni d'une stucture d'espace de Hilbert
    'Delta" n'est pas une forme linéaire continue sur H1 ,on ne peut l'écrire avec un produit scalaire.


    Cordialement
  • $\delta$ est bien continue sur $H^1([0,1]$, puisque celui ci s'injecte continument dans les fonctions continues, pour la topologie de la norme infinie.
    (je m'inquiète un peu, je ne me souviens pas avoir vu Liautard ayant tort)
  • Bonjour Corentin


    Quel est le dual de H1 , "delta" est il dans ce dual?

    Je n'ai pas en tete la propriété de H1 que tu donnes.


    Cordialement
  • En fait, dans mon idée on sait que le dual de $H^1$ peut se représenter par $H^1$, mais ça ne veut pas dire qu'une forme linéaire s'écrit systématiquement sous cette forme.
    Sur un segment, il n'est pas trop difficile de prouver que la norme infinie est majorée par la norme $H^1$ (essentiellement, c'est du Cauchy schwarz), et que toute fonction admet un représentant continu, donc $delta$ est bien définie sur $H^1$ et est continu.
  • Bonjour
    Tu as raison, en allant vite ... on se trompe
    Cordialement

  • Je me sens chieur d'insister mais du coup je ne suis pas sûr que vous répondiez totalement à mes interrogations (ou plutôt, je ne suis pas sur d'avoir compris).

    Si $\mathcal{H}([0,1])$ est hilbertien pour un produit scalaire, qui aprés recherche semble être $((f,g))_1 = \int_0^1 \left( f(t)g(t)+f'(t)g'(t) \right) dt$ (mais finalement peu importe la formule, pour un certain produit scalaire donc), et si $\delta$ est continue sur cet ensemble :

    - soit elle est continue pour une certaine topologie, autre que celle associée à $((\cdot,\cdot))_1$ et NON CONTINUE pour celle là. Auquel cas Riesz ne s'applique évidément pas,

    - soit elle est continue pour $((\cdot,\cdot))_1$ et il est bien sensé exister un vecteur associé à $\delta$. Qui donc ?

    Si je ne me suis pas planté dans l'expression du produit scalaire l'hypothèse 2 me parait peu convaincante. Donc si je résume bien $\delta$ est discontinue pour $((\cdot,\cdot))_1$ mais continue pour une certaine topologie.

    C'est ça ? :s
  • Non, $\delta$ est bien continue pour la topologie naturelle de l'espace $H^1$.
    Donc d'après Riesz il existe $f\in H^1$ telle que $\forall \, u\in H^1,\ u(0)=\int fu+\int f'u'$.
    En voyant ça, je m'étais demandé quelle était la fonction associée à $\delta$, mais ça m'est vite sorti de la tête.

  • Effectivement, aprés un peu de reflexion, il me semble que $f = \coth(1) \cosh - \sinh $ est un bon candidat.

    Merci pour votre aide précieuse :)
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