Uniforme continuité

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Trident
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Uniforme continuité

par Trident » 17 Juil 2014, 18:44

Bonjour.

Je vous sollicite concernant un exercice dont je ne suis pas trop sûr de ma réponse. Et puis, si vous avez une démonstration plus simple, je suis preneur.

Soit f : ]0,1[ -> R une fonction uniformément continue. Montrer que f est bornée.

Mon but est de montrer que f se prolonge par continuité sur [0;1]. Ensuite, il suffira de poser pour puis et et conclure que h est bornée car continue sur un compact donc f bornée.

Reste à montrer que existe et est finie.

Je vais montrer que pour toute suite qui converge vers 0, la suite converge.

Petit lemme concernant les fonctions uniformément continues :
Si f : R -> R est uniformément continue, alors pour toute suite et , .

Pour montrer que converge, je montre qu'elle est de Cauchy.
Soit . Il existe tel que pour tout , si
On a montré que pour toute suite qui converge vers 0, est de Cauchy donc admet une limite l.

Montrons que quelque soit les suites et convergeant vers 0, les limites des suites et notées respectivement l et l' sont identiques.

On utilise le lemme. On a clairement donc on en déduit , soit puis.

Ainsi, pour toute suite qui converge vers 0, la suite converge vers une limite fixe l donc existe.

Exactement le même raisonnement pour montrer que existe.



adrien69
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par adrien69 » 17 Juil 2014, 19:12

Salut,
Deux remarques :

-Si ton lemme est bien celui que tu nous as donné avec les fonctions de dans , tu n'as pas le droit de l'utiliser, simplement parce que ta fonction part de ]0,1[.

-Tu pars vraiment trop loin...


Bon reprenons ta méthode : le point qui foire étant l'utilisation de ton lemme il faut s'en passer ou démontrer un truc similaire.

On a le résultat suivant : pour toute suite dans ]0,1[ convergeant vers 0 l'image par f de w converge vers une certaine limite l(w). Nickel.

Prenons deux suites de cet acabit. On les appelle comme tu l'as fait et leur image converge vers l(x) et l(y) respectivement.

Comme ces deux suites convergent vers 0, si j'appelle le sup de et de , z est une suite convergeant vers 0. Et mieux, x et y sont des suites extraites de z. Sauf que f(z) est une suite convergeant vers l(z). Donc en particulier, l(y)=l(x)=l(z) en tant que limites de sous-suites.




Maintenant une autre méthode que je trouve personnellement bien plus simple :

f est uniformément continue sur ]0,1[. Donc en particulier, si on pose il existe , disons pour un certain grand N tel que pour tout x,y dans ]0,1[, , |f(x)-f(y)|<1.

Donc maintenant j'appelle les points pour 0<n<N.

Et disons que je pose B=f(1/2)

Là on a presque fini puisque si x est dans ]0,1[, j'appelle g(x) le n tel que est le plus proche de lui (à formaliser avec un min de blabla). Et (ou n-1, ou n+1) par inégalité triangulaire et construction des points d'interpolation.

J'ai détaillé pour que tu comprennes, mais en vrai, cette démo c'est juste un dessin.

adrien69
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par adrien69 » 17 Juil 2014, 19:15

Par contre le fil de ta démo est beaucoup plus important que celui de la mienne : montrer qu'une fonction UC sur un ouvert est prolongeable par continuité sur le fermé c'est beaucoup plus fort que juste borné.

Je ne sais pas si c'est vrai dans des espaces vectoriels de dimension infinie voire des espaces topologiques quelconques (je n'ai pas envie de me demander ;))

Trident
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par Trident » 17 Juil 2014, 19:33

Merci adrien. Mon lemme marche pour les fonctions de R dans R mais la preuve est la même pour une fonction de ]0;1[ dans R. Je suis conscient que le résultat est plus fort que ce qui était demandé mais il me paraissait graphiquement correct, c'est pour cela que je me suis lancé !

Quant à la généralisation du résultat, je vais me renseigner mais ça m'étonnerait que ça marche dans des espaces topologiques quelconques où la notion de distance n'existe pas.

Merci en tout cas pour ta preuve, je lirai ça tout à l'heure.

adrien69
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par adrien69 » 17 Juil 2014, 19:39

(Regarde rapidement comment je fais comme toi mais sans ton lemme, c'est une "astuce" qui peut être utile, en tout cas ça m'a l'air porteur comme façon de faire)

Quand je parle d'espace topologiques quelconques, il faut rajouter mentalement "où la notion de continuité uniforme a un sens" ;)

Namely les espaces uniformes. Mais la flemme.

Trident
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par Trident » 17 Juil 2014, 21:06

Ah merci pour l'astuce des suites extraites, c'est quelque chose que je retiendrai désormais. J'ai pas encore lu
la méthode plus simple, je verrai ça tout à l'heure.

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zygomatique
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par zygomatique » 18 Juil 2014, 15:29

salut

pour montrer "seulement" que f est bornée ...

f est uniformément continue donc

pour tout e > 0 il existe h > 0 tel que |x - y| < h ==> |f(x) - f(y)| < e

f est uniformément continue donc continue donc f est bornée sur le compact [h/2, 1 - h/2]

ensuite prenons x = h/2 alors pour tout y tel que |y - h/2| < h on |f(y) - f(h/2)| < e

donc f est bornée au voisinage de 0

....

et idem en 1 ...
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. EUCLIDE

adrien69
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par adrien69 » 18 Juil 2014, 16:49

zygomatique a écrit:salut

pour montrer "seulement" que f est bornée ...

f est uniformément continue donc

pour tout e > 0 il existe h > 0 tel que |x - y| |f(x) - f(y)| < e

f est uniformément continue donc continue donc f est bornée sur le compact [h/2, 1 - h/2]

ensuite prenons x = h/2 alors pour tout y tel que |y - h/2| < h on |f(y) - f(h/2)| < e

donc f est bornée au voisinage de 0

....

et idem en 1 ...



C'est ce que j'ai fait. Sauf que toi tu dois invoquer un théorème sur les compacts en plus.

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zygomatique
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par zygomatique » 18 Juil 2014, 18:44

tu montres que f est bornée au voisinage de 0 (et de 1) ....

il faut bien prouver que c'est borné ailleurs ...

du moins pour ta première méthode ...

pour la deuxième ce n'est effectivement pas nécessaire ... puisque tu le fais sans le faire ... tout en le faisant ... :lol3:
Ce qui est affirmé sans preuve peut être nié sans preuve. EUCLIDE

Trident
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par Trident » 19 Juil 2014, 15:43

adrien69 a écrit:Salut,
Deux remarques :

-Si ton lemme est bien celui que tu nous as donné avec les fonctions de dans , tu n'as pas le droit de l'utiliser, simplement parce que ta fonction part de ]0,1[.


Je rebondis sur cette remarque car finalement je ne suis pas sûr de l'avoir comprise.

Si f : R -> R est une fonction uniformément continue sur R, ne l'est-elle pas sur toute partie X de R?

En supposant l'uniforme continuité sur R, on peut affirmer que pour tout , il existe tel que pour tout et dans si , il existe tel que pour tout et dans si , alors donc f est UC sur X ?

A moins que je me trompe avec la définition.

adrien69
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par adrien69 » 19 Juil 2014, 16:34

C'est dans l'autre sens. L'hypothèse de ton exo c'est des fonctions UC sur ]0,1[. Ce qui n'implique pas qu'elles le soient sur R (sinon ce serait torché en 5s via le théorème de continuité sur les compacts).

adrien69
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par adrien69 » 19 Juil 2014, 16:35

Mais sinon oui, la propriété d'UC se restreint sur des ensembles plus petits.

adrien69
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par adrien69 » 19 Juil 2014, 16:36

Autre façon de le dire : l'UC sur R est plus forte que celle sur ]0,1[. Donc un théorème avec dans les hypothèses UC sur R, ne s'applique pas nécessairement si tu n'as que l'UC sur ]0,1[.

Trident
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par Trident » 19 Juil 2014, 17:41

Ah oui je me suis embrouillé. En fait le début de mon lemme était , soit f une fonction uniformément continue définie sur un intervalle de R quelconque.

adrien69
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par adrien69 » 19 Juil 2014, 17:51

Dans ce cas ta preuve marche.

 

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