une estimation de somme

Bonjour à tous
Je suis arrêté par un petit artifice de calcul dans une démonstration.

On commence par poser le
Lemme 1: Pour tout entier $H \geq 1$ et tout $x \in \mathbb{R}$, on a:
$\bigl|\psi(x) + \sum\limits_{o<|h|\leq H} c_{h,H} \frac{e(hx)}{2\pi ih}\bigr| \leq \frac{1}{2H+2} \times \left\{1 + \sum\limits_{0<|h| \leq H} (1 - \frac{|h|}{H+1})e(hx)\right\}$
où $\psi$ est la "première fonction de Bernouilli Bernoulli", périodique de période 1, développable en séries de Fourier et où les nombres $(c_{h,H})$ sont des coefficients vérifiant $0 \leq c_{h,H} \leq 1$ pour tout entier $h$ tel que $0 < |h| \leq H$.
Je crois que c'est une forme élémentaire de ce qu'on appelle en arithmétique l'inégalité de Van der Corput.
On veut démontrer le corollaire suivant en s'appuyant sur le lemme 1.

Corollaire: Soient $N \geq 1$ entier et $f: ]N,2N] \to \mathbb{R}$ une fonction quelconque. Alors pour tout entier $H \geq 1$, on a:
$\bigl|\sum\limits_{N < m \leq 2N} \psi(f(m))\bigr| \leq \frac{N}{2H} + 2 \sum\limits_{h=1}^{H}\frac{1}{h}\bigl|\sum\limits_{N < m \leq 2N} e(h(f(m)) \bigr|.$

Pour démontrer ce corollaire, on commence par appliquer ce qui ressemble à l'inégalité de Cauchy-Schwartz Schwarz puis on utilise le "Lemme 1" en remplaçant $x$ par $f(m)$ et on somme sur $m \in \{N+1,\ldots,2N\}$:

$\bigl|\sum\limits_{N<m \leq 2N} \psi(f(m)) \bigr| \leq \bigl| \sum\limits_{N < m \leq 2N} \sum\limits_{0 < |h| \leq 2N} c_{h,H} \frac{e(h(f(m))}{2 \pi ih} \bigl| + \sum\limits_{N < m \leq 2N} \bigr| \psi (f(m)) + \sum\limits_{0 < |h| \leq H} c_{h,H} \frac{e(h(f(m))}{2 \pi ih} \bigl|$
$\leq \frac{N}{2H + 2} + \sum\limits_{0 < |h| \leq H} (\frac{1}{2 \pi |h|} + \frac{1}{2H + 2}) \times \bigl|\sum\limits_{N < m \leq 2N} e(h(f(m))\bigr|$

Tout est clair sauf l'origine de $\frac{1}{2 \pi |h|}$ dans l'expression $\sum\limits_{0 < |h| \leq H} (\frac{1}{2 \pi |h|} + \frac{1}{2H + 2})$ ci-dessus...
J'ai distribué $\frac{1}{2H + 2}$ dans $\sum\limits_{0 < |h| \leq H} (\frac{1}{2 \pi |h|} + \frac{1}{2H + 2})$, j'ai réduit au même dénominateur mais le compte n'y est pas.
Un indice serait le bienvenu.
Cordialement...

PS: $e(t) = e^{\pi i t}$...

Le problème des diviseurs de Dirichlet
O. Bordellès
quadrature n°71

Réponses

  • On dit Cauchy-Schwarz et pas Cauchy-Schwartz. La première inégalité c'est juste l'inégalité triangulaire, rien à voir avec CS.

    Le $\frac{1}{2\pi|h|}$ provient juste du dénominateur $2i\pi h$ dans la première somme, en majorant les $c_{h, H}$ par $1$.
  • D'accord j'ai oublié le "t" de Cauchy-Schwartz Schwarz: pas la peine de mordre... ou de mordiller plutôt.
    Sinon merci pour l'explication. Elle n'est pas très consistante mais je m'en contenterai. C'est comme ça qu'on progresse pas vrai ?
    Cordialement.

    [Ne pas confondre Laurent Schwartz (1915-2002) avec Hermann Schwarz (1843-1921). AD]
  • Rappel : pour tout $x \in \mathbb{R}$, on pose $e(x) := e^{2 i \pi x}$ et $\psi(x) := x - \lfloor x \rfloor - \frac{1}{2}$.

    Une autre méthode pour démontrer ce corollaire consiste à utiliser le résultat suivant, dû à Vaaler : pour tout réel $x \geqslant 1$ et tout entier $H \geqslant 1$

    $$\psi(x) = - \sum_{0 < |h| \leqslant H} F \left( \frac{h}{H+1} \right) \frac{e(hx)}{2 \pi i h} + R_H(x)$$
    où $F(t) := \pi t (1-|t|) \cot (\pi t)+ |t|$ pour $0 < |t| < 1$ et le reste $R_H$ vérifie
    $$\left | R_H(x) \right | \leqslant \frac{1}{2H+2} \sum_{|h| \leqslant H} \left( 1 - \frac{|h|}{H+1} \right) e(hx).$$
    Il suffit d'injecter ça dans la somme, et de séparer les cas $h=0$ et $|h| > 0$ dans celle qui contient le reste $R_H$, et ça roule tout seul. À noter, même si ça ne saute pas aux yeux, que le membre de droite de l'inégalité ci-dessus est bel et bien un nombre réel positif.
  • Merci à vous deux pour ces précisions !

    J'ai essayé de consulter sur le net le résultat de Vaaler. D'après la bibliographie il se trouve dans "Van der Corput's méthod of exponentiel sums". Mais très peu de passages sont lisibles sur Googlebooks.

    AD: je sais bien que c'est Herman Schwarz et non Laurent Schwartz le père de la théorie des distributions dont le nom figure à côté de celui de Cauchy. Et même qu'elle s'appelle: "inégalité de Cauchy-Bunyakovski-Schwarz".
    Oui je sais: on va me soupçonner d'être allé en urgence consulter Wikipedia. (Ce qui est vrai !...)
    ...
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