Distribution associée à une fonction

Bonsoir à tous,

Je cherche à résoudre le problème suivant :

Soit $ f : \Omega \to \mathbb{C} $ une fonction localement intégrable.
On définit $ T_f $ par :
$ \forall \varphi \in \mathcal{D} ( \Omega ) $ :
$$ \langle T_f , \varphi \rangle = \int_{\Omega} f \varphi $$

{\bf Questions : }
$ 1) $ Montrer que $ T_f $ est une distribution.
$ 2) $ Montrer que : $ T : L_{\mathrm{loc}}^1 ( \Omega ) \to \mathcal{D} ' ( \Omega ) $ définie par $ T(f) = T_f $ est injective.

Je vous signale que je n'ai pas assez de connaissances en théorie de l'integration de Lebesgue, ce qui fait que par exemple, manier certains objets comme les éléments de $ L_{\mathrm{loc}}^1 ( \Omega ) $ laisse à désirer. :S

Merci d'avance.

Réponses

  • Bonsoir,

    Si $K$ est un compact inclus dans $\Omega$ et que $f$ est localement intégrable sur $\Omega$, alors $\int_K \left|f\right|<+\infty$.
    Pour la 1), fixe un compact $K$ inclus dans $\Omega$ et essaie de prouver qu'avec $C_K=\int_K \left|f\right|$ et $N_K=0$, on a ce qu'il faut dans ta définition (celle que tu as donnée dans l'autre fil).
    Pour la 2), il suffit de montrer que $\mathrm{Ker}(T)=\{0\}$, autrement dit que $T(f)=T_f=0$ implique que $f$ est nulle presque partout.
    Quant aux éléments de $L^1_{\mathrm{loc}}(\Omega)$, ce sont en fait des classes d'équivalences...
  • Bonsoir,

    Pour $ 1) $ :
    Soit $ K \subset \Omega $ un compact.
    $ \forall \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ : $ | \langle T_f , \varphi \rangle | = \Big| \int_{K} f \varphi \Big| \leq \int_K | f \varphi | \leq \Big( \mathrm{sup}_{K} | \varphi (x) | \Big) \int_{K} |f| \leq \int_K |f| . || \varphi ||_{\infty} $
    Donc : $ T_f $ est une distribution.

    Pour $ 2) $ :
    Soit $ \varphi \in \mathrm{ker} T $. Alors : $ T(f) = T_f = 0 $.
    Cela implique que $ \forall K \subset \Omega $ : un compact, $ \forall \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ : $ \langle T_f , \varphi \rangle = \int_K f \varphi = 0 = \int_K 0 $
    Donc, cela implique que $ f \varphi = 0 \ \ \mathrm{p.p.} $ pour tout $ \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $
    C'est à dire : $ f = 0 \ \ \mathrm{p.p.} $
    D'où $ f = 0 $ dans $ L_{\mathrm{loc}}^1 ( \Omega ) $

    Par conséquent : $ \mathrm{ker} T = \{ 0 \} $
    C'est à dire : $ T $ est injective.

    Correct ?
  • Donc, $ L_{\mathrm{loc}}^1 ( \Omega ) $ s'identifie à un sous espace vectoriel de $ \mathcal{D} ' ( \Omega ) $. Donc $ f $ et $ T_f $, c'est la même chose, n'est ce pas ?
  • Cela implique que $ \forall K \subset \Omega $ : un compact, $ \forall \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ : $ \langle T_f , \varphi \rangle = \int_K f \varphi = 0 = \int_K 0 $
    Donc, cela implique que $ f \varphi = 0 \ \ \mathrm{p.p.} $ pour tout $ \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $

    Je ne comprends pas le "donc" au début de la deuxième ligne et, comme dirait christophe c, tu as la charge de la preuve.
  • gb :

    C'est ce que j'ai appris en cours il y'a longtemps. J'ai oublié ce que j'ai appris exactement, parce que cela remonte à plus de 4 ans, et que depuis,

    ça s'est devenue une automatisme.

    ça a un lien avec la notion de norme et semi norme.

    $ || f ||_1 = \int | f | $ n'est pas une norme mais seulement une semi - norme, il me semble.

    Donc $ || f ||_1 = 0 $ n'implique pas que $ f = 0 $ comme pour le cas d'une norme, mais seulement $ f = 0 \ \ \mathrm{p.p.} $.

    Tu peux me réexpliquer ça, parce que je l'ai oublié complètement ?.
  • Le problème est que tu as seulement : \(\int_K f \varphi = 0\), pas : \(\int_K \lvert f \varphi \rvert = 0\).
    Tu ne peux pas conclure à la nullité de la fonction.
  • Bonsoir, Pablo

    Pablo écrivait:
    > Pour $ 1) $ : Soit $ K \subset \Omega $ un compact. $ \forall \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ :
    > $ | \langle T_f , \varphi \rangle | = \Big| \int_{K} f \varphi \Big| \leq \int_K | f \varphi | \leq \Big( \mathrm{sup}_{K} | \varphi (x) | \Big) \int_{K} |f| \leq \int_K |f| . || \varphi ||_{\infty} $
    > Donc : $ T_f $ est une distribution.

    $K$ il sort d'où ? et $\mathcal{D}_{K}(\Omega)$ c'est quoi ?
  • gb :

    Oui, c'est vrai.
    Tu peux me dire comment remédier à ce problème ?
    Merci d'avance.

    Edit : Je n'ai pas vu que tu as posté un message @Yle.
    $ K $ est un compact, parce que, c'est comme ça que commence la définition d'une distibution : Pour tout compact de $ \Omega \ \ \exists N \in \mathbb{N} \ \ \exists C_K \ \dots $ etc.
    Donc, dès le début, il faut se fixer un compact avant de se lancer dans la suite du rasionnement.
    $ \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ est l'ensemble des fonctions test $ \varphi $ tel que : $ \mathrm{supp} \ \varphi \subset K $.
  • Il faut que tu apprennes et comprennes les définitions (i.e savoir les réutilisez), après ça ira mieux.
  • @Yle :

    Oui, je sais ça, mais, on ne peut pas fairee ça dès la première fois qu'on découvre la leçon, il faut du temps pour pouvoir se familiariser avec la théorie. C'est ce que j'essaye de convaincre gb et Philippe.
  • Oui,

    surtout que c'est plus simple de copier sans comprendre les réponses.
    Depuis le temps que tu fais ça Pablo, si c'était efficace, tu serais prof de maths à Princeton.

    Mais tu continues à mendier des réponses que tu ne comprends pas ....

    Alors que justement, la première fois qu'on découvre une leçon, il faut s'attacher à la comprendre, y compris en reprenant les notions qu'on ne comprend pas; mais tu l'as souvent dit, tu veux savoir les réponses à tes questions; pas comprendre !

    Je suis sûr que tu reposeras des questions du même genre dans 5 ans "C'est ce que j'ai appris en cours il y'a longtemps. J'ai oublié ce que j'ai appris exactement"
    Tu n'apprends pas !! Tu refais "comme", même si c'est idiot (du genre croire que le fait qu'une intégrale est nulle veut dire que la fonction est nulle (:P) ...)
  • Je suis tout à fait d'accord avec gerard0 : c'est exactement le genre d'exercices que l'on peut faire dès la première fois !
    Je crois d'ailleurs me souvenir que quand j'ai étudié les distributions, le fait que $T_f$ soit une distribution n'était même pas démontré tellement c'était évident (à ce niveau, on est capable de voir l'inégalité "de tête"). D'ailleurs au plus on avance dans les études, au plus il y a des résultats comme cela qui ne sont pas expliqués tellement ils sont triviaux.
    C'est bien pour cela que tu as du mal à lire le moindre cours d'un niveau supérieur à la première année de Licence.
  • Expliquez moi svp le raisonnement qu'il faut suivre pour comprendre pourquoi $ f = 0 \ \ \mathrm{p.p.} $.
    Merci d'avance.
  • Parce qu'il y a des quantificateurs qui portent sur \(K\) et sur \(\varphi\), et qu'ils ne sont pas là pour faire beau dans le paysage...

    Comme dit gerard0, tu mendies des réponses et, comme tous les mendiants, tu ne reçois que des piécettes.
  • Bonsoir gb :

    Voiçi le lemme qu'il faut appliquer et qui a été expliqué aujourd'hui sur coursera ici : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?9,893778
    Soit $ \Omega $ ouvert de $ \mathbb{R}^N $, et soit $ S \in \mathcal{C}^0 ( \Omega ) $ telle que :
    $$ \int_{\mathbb{R}^N} S(z) \phi (z) dz = 0 $$
    pour tout $ \phi \in \mathcal{C}_{c}^{\infty} ( \Omega ) $
    Alors $ S $ est identiquement nulle sur $ \Omega $.

    Source : Troisième partie du cours de la première semaine qui a eu lieu aujourd'hui sur coursera ... Pour plus d'informations, passez par là : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?9,893778
    La démonstration est disponible également sur ce même cours enregistré en vidéo. ( En 4 lignes, pas plus )

    Est ce que c'est ça l'idée gb ?

    Merci d'avance.
  • Et tu appliques ce théorème à quelle fonction $S$ ?
  • à $ f $, non ?
  • Ben je ne sais pas. Est-ce que c'est possible ?
  • Moi aussi, je ne sais pas.
    Il n'y'a rien qui empêche que ce ne soit pas $f$... du moins, ce que je pense.
  • Je ne comprends rien à ce que tu dis. Peux-tu oui ou non appliquer ce théorème à ta fonction $f$ au vu du contexte ?
  • Soit $ \varphi \in \mathrm{ker} T $. Alors : $ T(f) = T_f = 0 $.
    Alors : $ \forall K \subset \Omega $ : un compact, $ \forall \varphi \in \mathcal{D}_K ( \Omega ) $ : $ \langle T_f , \varphi \rangle = \int_K f \varphi = 0 $ Alors, d'après le lemme que j'ai mis plus haut :
    $ f = 0 $ sur $ \Omega $, mais à condition que $ f \in \mathcal{C}^0 ( \Omega ) $. Ici $ f $ est localement intégrable. Donc, ce n'est pas la même chose.
    Il faut peut être voir du coté d'une autre version de ce lemme mais pour les éléments de $ L_{\mathrm{loc}}^1 ( \Omega ) $. Est ce que ça existe ?
  • Pablo écrivait:
    > Soit $ \varphi \in \mathrm{ker} T $. Alors : $
    > T(f) = T_f = 0 $.

    Ceci n'a pas de sens logique

    Sinon il existe une version de ton lemme quand $f$ est seulement $L^1_{loc}$ (c'est grâce à ca qu'on peut identifier une fonction localement intégrable et la distribution associée), voir ce lien paragraphe 3.11.4 (mais il existe une panoplie de poly sur le sujet, j'ai pris le premier renvoyé par Google)

    {Correction du lien. AD]

    {Merci AD.]
  • Merci Kazeriahm. :)
    Mais, ton lien ne marche pas.
  • Problème récurrent sur le forum : le \tilde{} est interprété comme un espace insécable par LaTeX. Il faut l'écrire \verb|\tilde{}| pour le neutraliser.
  • mais là ce n'est pas dans du latex mais dans une url ?!
  • Certes mais la case est cochée, donc (de ce que j'en comprends) le compilateur LaTeX fait une passe sur la totalité du post, et les hyperliens sont créés ensuite, avec les URL "processées".
  • Merci beaucoup @kazeriahm, j'ai bien compris la méthode de ton pdf. Merci. :)
  • Bonjour à tous,

    Permettez moi de retourner poser une question ici, qui porte sur un sujet en lien avec la question initiale de ce fil. Là voiçi :

    Paragraphe issu de Wikipedia :

    Toute mesure de Borel $ \mu $ ( signé, voire complexe ) sur $ \mathbb{R}^N $ represente une distribution $ T_{\mu} $, définie via l'injection canonique $ T $ :
    $$ \langle T_{\mu} , \varphi \rangle = \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi \ d \mu $$
    pour toute fonction $ \varphi \in \mathcal{D} ( \mathbb{R}^N ) $.

    { \bf Question : }

    Pourquoi $ T $ définie par : $ T( \mu ) = T_{\mu} $ est une application linéaire, injective ?
    $ \mu $ est soit de Borel, soit signé, soit complexe.

    Merci d'avance.
  • Je fais un petit up pour voir si quelqu'un peut m'aider. :)
    Cordialement.
  • svp, aidez moi.
  • Bonjour à tous,

    Pourriez vous svp m'indiquer un cours sur le net, qui porte sur les distributions qui sont des mesures $ \mu $ définie par :
    $$ \langle T_{\mu} , \varphi \rangle = \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi \ d \mu $$
    pour toute fonction $ \varphi \in \mathcal{D} ( \mathbb{R}^N ) $.
    J'aimerai voir des exemples concrets où on utlise des distributions comme des mesures.

    Merci d'avance.
  • Salut,
    Essaie de revoir la définition de la mesure de Radon.
    j'ai un fichier qui parle de ce sujet mais je ne le retrouve pas pour le moment.
  • Merci @news pour ces infos.
    Est ce que vous pouvez m'indiquer un lien où se trouve la démonstration de Riez qui affirme que :
    Les formes linéaires positives $ T $ sur les fonctions continues à support compact s'érivent :
    $$ T(f) = \int f d \mu $$
    où : $ \mu $ est une mesure de Radon.
    Qu'est ce qui se passe quant $ T $ n'est pas positive. Par exemple, signée ou complexe ?
    Merci d'avance.
  • Bonsoir,

    J'ai lu ce qu'est une mesure de Radon, mais celà ne m'inspire pas grand - chose :
    Pour toute fonction $ \varphi \in \mathcal{D} ( \mathbb{R}^N ) $
    $$ \langle T_{\mu} , \varphi \rangle = \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi \ d \mu $$
    $ T : \mu \to T_{\mu} = \langle T_{\mu} , \bullet \rangle $ est une forme linéaire. En effet :
    $ \forall \mu , \nu $ deux mesures positives ( \signées ) , $ \forall \lambda \in \mathbb{R}^N $ , $ \forall \varphi \in \mathcal{D} ( \mathbb{R} ) $ :
    $ T ( \mu + \lambda \nu ) ( \varphi ) = \langle T_{\mu + \lambda \nu} , \varphi \rangle = \displaystyle \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi d ( \mu + \lambda \nu ) = \varphi \bullet ( \mu + \lambda \nu ) = \varphi \bullet \mu + \lambda \varphi \bullet \nu = \displaystyle \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi d \mu + \lambda \displaystyle \int_{\mathbb{R}^{N}} \varphi d \nu $
    $ = \langle T_{\mu} , \varphi \rangle + \lambda \langle T_{\nu} , \varphi \rangle = T ( \mu ) ( \varphi ) + \lambda T ( \nu ) ( \varphi ) $
    C'est à dire : $ \forall \mu , \nu $ deux mesures positives ou signées et $ \ \forall \lambda \in \mathbb{R} $ : $ T ( \mu + \lambda \nu ) = T ( \mu ) + \lambda T ( \nu ) $
    Donc : $ T $ est une forme linéaire.

    Pourquoi $ T $ est injective ?

    Merci d'avance.
  • Faut -il utiliser la proposition suivante qui se trouve à la page 116 du pdf suivant : http://www.fichier-pdf.fr/2011/11/01/50594352-int-poly-4/50594352-int-poly.pdf ,et qui s'énonce comme suit :

    Proposition :

    Soit $ d \geq 1 $. $ m $ et $ \mu $ deux mesures sur $ \mathcal{B} ( \mathbb{R}^d ) $, finies sur les compacts.
    On suppose que : $ \int f dm = \int f d \mu $, pour tout $ f \in \mathcal{C}_c ( \mathbb{R}^d ) $.
    Alors : $ m = \mu $

    ?
    non ?

    Est ce que $ \mathcal{C}_{c}^{\infty} ( \mathbb{R}^d ) \subset \mathcal{C}_{c} ( \mathbb{R}^d ) $ ?

    Merci d'avance.
  • Salut,
    Je te conseille de lire le Chapitre 7 du livre "Élément d'analyse fonctionnelle, Cours et exercices avec réponses" de Gilles Lacombe et Francis Hirsch. Et aussi le (les 20 premières pages) fichier joint.
    Amicalement.

  • Merci beaucoup pour tout cet effort que tu as déployé pour moi pour me guider dans ce travail @news, néanmois, le fichier pdf que tu m'as mis en lien là, ne met pas en évidence pourquoi une mesure $ \mu $ ( signée par exemple ), s'identifie à une distribution $ T_{\mu} $ définie par $ \langle T_\mu , \varphi \rangle = \int \varphi \ d \mu $.
    Il me semble qu'il faut montrer l'injectivité de l'application : $ T : \mu \to T_{\mu} $. mais, cela ne se trouve pas dans le lien que tu m'as mis en lien là. Mais, j'ai compris pourquoi $ T_{\mu} $ est une distribution. Merci. :)
  • Salut,
    J'ai aussi cité un livre (puis précisement le chapitre 7) dans lequel on démontre que T est injective.
    Et plus loin ( Exercice 4 page 248 du chapitre 7 ) ils proposent une méthode pour démontrer la caractérisation des distributions dont le support est un singleton et ils caractérisent les distribution à support fini.
  • Merci @news pour ces infos.
    Je ne peux pas avoir accès à ce livre que tu mentionnes çi - dessus, parce que, je vis dans un pays où il n'y'a pas de bibliothèques scientifiques. La BU de notre ville n'est permisqu'à ceux qui y sont inscrit, malheureusement moi, j'ai quitté les études depuis longtemps, et depuis je n'y suis plus inscrit. :-(
    Cordialement.
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