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#1 Entraide (supérieur) » exo distributions » 21-01-2018 11:53:31
- bib
- Réponses : 0
Bonjour,
j'ai l'exercice suivant:
soit l'application $T: \varphi \in \mathcal{D}(\mathbb{R}) \to \sum_{m=1}^{+\infty} (\varphi(\dfrac{1}{m})-\varphi(0)-\dfrac{\varphi'(0)}{m})$.
1. Montrer que $T$ est une distribution.
2. Montrer que $Supp(T)=\{0\} \cup \{\dfrac{1}{m},m \in \mathbb{N}^\star\}$.
3. Pour $m \in \mathbb{N}^\star$ on considère $\varphi_m \in \mathcal{D}(\mathbb{R})$ telle que $\varphi_m= \dfrac{1}{\sqrt{m}}$ au voisinage de $[\dfrac{1}{m},1]$ et $\varphi_m=0$ au voisinage de $[0,\dfrac{1}{m+1}]$ et $0 \leq \varphi_m \leq \dfrac{1}{\sqrt{m}}$.
Montrer qu'il existe $\varphi$ telle que $\varphi_m \to \varphi$ dans $\mathcal{D}(\mathbb{R})$.
4. Montrer que $\lim_{m \to +\infty} T(\varphi_m)=+\infty$.
5. En déduire qu'il existe une distribution $T$ à support compact qui ne vérifie pas
$$
T(\varphi)= C \sup_{|\alpha|\leq k} \sup_{Supp T} |D^\alpha \varphi|.
$$
Alors j'ai fait les question 1 et 2, c'est réglé. Il me reste les question 3, 4 et 5.
Pour la question 3:
On commence par étudier la convergence simple de $(\varphi_m)$. Soit $x$ fixé dans $\mathbb{R}$. Si $x$ est fixé au voisinage de $[0,\dfrac{1}{m+1}]$ alors $\varphi_m(x)=0$. Siu $x$ est fixé au voisinage de $[\dfrac{1}{m},1]$ alors $\lim_{m \to +\infty} \varphi_m(x)=\lim_{m \to +\infty} \dfrac{1}{\sqrt{m}}=0$.
Donc $\varphi_m$ converge simplement vers $\varphi=0$.
1. Pour la suite, quel est le compact $K$ qu'on doit choisir tel que $Supp \varphi_m \subset K$ quelque soit $m$?
2. et pour la convergence uniforme, on a: soit $K$ un compact, et soit $\alpha \in \mathbb{N}$. On a:
$$
\lim_{m \to +\infty} \sup_{x \in K} |D^\alpha \varphi_m(x) - D^\alpha \varphi(x)| = \lim_{m \to +\infty} \sup_{x \in K} |D^\alpha \varphi_m(x)| = \lim_{m \to +\infty} \sup_{x \in K} |\dfrac{1}{\sqrt{m}}|= \lim_{m \to +\infty} \dfrac{1}{\sqrt{m}} =0.
$$
C'est ok?
3. Pour la question 5 je n'y comprend rien. Pouvez vous m'aider s'il vous plaît
Merci par avance pour cette aide.
#2 Re : Entraide (supérieur) » dérivée d'un élément de D' » 06-12-2017 22:47:11
Oui, mais pourquoi ça serait parfait si toute fonction teste était la dérivée d'une autre fonction teste? En quoi cela aurait pu nous aider à conclure directement l'existence de $S$?
#3 Re : Entraide (supérieur) » dérivée d'un élément de D' » 06-12-2017 22:20:33
Il s'agit de l'exercice 5 de la feuille http://www.bibmath.net/ressources/index … &type=fexo
où la question est justement de prouver que la dérivée d'une distribution existe toujours. Il y a une phrase dans la solution que je n'ai pas bien compris, c'est que si toute fonction teste était la dérivée d'une fonction teste, ça serait parfait pour conclure.
#4 Re : Entraide (supérieur) » dérivée d'un élément de D' » 06-12-2017 20:44:34
Bonjour,
j'essaye de montrer que sur tout intervalle $I$ de $\mathbb{R}$,toute distribution sur $I$ admet une primitive.
En lisant la preuve du feuillet d'exo sur bibmaths, on lis ceci: si $T \in \mathcal{D}'(I)$ et $S$ une éventuelle primitive de $S$, on a
$$
\forall \varphi \in \mathcal{D}(I): <T,\varphi>= <S',\varphi>= - <S,\varphi>.
$$
Si toute fonction teste était la dérivée d'une fonction teste, alors ce serait parfait. Je veux comprendre pourquoi ça serait parfait?
Moi je comprend que ça serait parfait car, si toute fonction teste était la primitive d'une fonction teste, cela voudrait dire que pour tout $\varphi \in \mathcal{D}(I)$, il existe $\psi \in \mathcal{D}(I)$ telle que $\varphi= \psi'$. Donc on écrit
$$
<T,\varphi>= <T,\psi'>= - <T',\psi>.
$$
Le problème est: est ce qu'on a le droit d'écrire l'égalité $<T,\psi'>= - <T',\psi>$ sans savoir si $T'$ existe? S'il vous plaît.
#5 Entraide (supérieur) » Calcul de dérivées » 14-11-2017 23:01:31
- bib
- Réponses : 0
Bonjour,
j'ai l'exercice suivant:
1. On considère la fonction $f(x)=|x|$.
Calculer $f'$ et $f''$ au sens des distributions.
2. On considère les fonctions $h_1(x)= |x| \cos(x)$ et $h_2(x)= |x| \sin(x)$.
a- Montrer que $h_1$ et $h_2$ définissent des distributions sur $\mathbb{R}$.
b- calculer $h'_1, h_1'', h_2', h_2''$.
Voici ce que j'ai fait, dites moi s'il vous plaît si tout est bon.
1. On considère $f(x)=|x|$
on a
$$
f(x)=
\begin{cases}
x &: x \in ]0,+\infty[\\
-x &: x \in ]-\infty,0[
\end{cases}
$$
$\bullet$ calcul de $(T_f)'$: on remarque que $f$ est continue sur $\mathbb{R}$ (elle n'a pas de sauts), donc $(T_f)'=T_{f'}$ avec
$$
f'(x)
=
\begin{cases}
1 &: x \in ]0,+\infty[\\
-1 &: x \in ]-\infty,0[
\end{cases}
$$
$\bullet$ calcul de $(T_f)''$. On a $(T_f)''=(T_{f'})'.$ On remarque que $f'$ admet un saut au point 0, et on a $\sigma_0= \lim_{x \to 0^+} f'(x)- \lim_{x \to 0^-} f'(x)=2.$ Donc
$$
(T_f)''= T_{f''}+ 2 \delta= 2\delta
$$
car $f''=0$ donc $T_{f''}=0$.
2. On considère $h_1(x)= |x| \sin x$ et $h_2(x)= |x| \cos(x)$. Les deux fonctions sont $L^1_{loc}$, elle définissent donc des distibutions sur $\mathbb{R}$ données par:
$$
\forall \varphi \in \mathcal{D}(\mathbb{R}): <|x| \sin x, \varphi>= \displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} |x| \sin(x) dx
$$
et
$$
\forall \varphi \in \mathcal{D}(\mathbb{R}): <|x| \cos, \varphi>= \displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty} |x| \cos(x) dx
$$
$\bullet$ calcul de $(T_{h_1})'$. On a
$$
h_1(x)=
\begin{cases}
x \cos(x) &: x >0\\
-x \cos x &: x < 0
\end{cases}
$$
on remarque que $h_1$ n'a pas de sauts, donc $(T_{h_1})'= T_{h'_1}$ avec
$$
h'_1(x)
=
\begin{cases}
\cos x - x \sin x &: x >0\\
-\cos x + x \sin (x) &: x < 0
\end{cases}
$$
$\bullet$ Calcul de $(T_{h_1})''$. On a $(T_{h_1})''= (T_{h_1'})'$. On remarque que $h_1'$ a un saut au point $0$, et que $\lim_{x \to 0^+} h'_1(x)= 1$ et $\lim_{x \to 0^-} h_1'(x)= -1$, donc
$$
(T_{h_1})''= T_{h_1''}+2 \delta
$$
où $h_1''$ est donnée par
$$
h_1''(x)=
\begin{cases}
-1 \sin x - x \cos x &:x >0\\
2 \sin(x) + x \cos(x) &: x < 0
\end{cases}
$$
$\bullet$ calcul de $(T_{h_2})'$. on a
$$
h_2(x)=
\begin{cases}
x \sin(x) &: x >0\\
-x \sin(x) &:x<0
\end{cases}
$$
On remarque que $h_2$ n'a pas de sauts, donc $(T_{h_2})'=T_{h_2'}$ où $h_2'$ est définie par
$$
h_2'(x)=
\begin{cases}
\sin x + x \cos x &:x >0\\
-\sin x - x \cos x &: x<0
\end{cases}
$$
$\bullet$ calcul de $(T_{h_2})''$. On remarque que $h_1'$ n'a pas de sauts, donc $(T_{h_2})''= T_{h_2''}$ où $h_2''$ est donnée par
$$
h_2''(x)=
\begin{cases}
2 \cos(x) - x \sin(x) &: x >0\\
-2 \cos(x) + x \sin(x) &: x <0
\end{cases}
$$
Merci par avance pour votre aide.
#6 Entraide (supérieur) » distribution » 14-11-2017 21:33:03
- bib
- Réponses : 1
Bonjour,
on considère l'application donnée pour tout $\varphi \in \mathcal{D}(\mathbb{R})$ par
$$
<Pf(\dfrac{H}{x^2}), \varphi>= \lim_{\epsilon \to 0} [\displaystyle\int_{\epsilon}^{+\infty} \dfrac{\varphi(x)}{x^2} dx -\dfrac{\varphi(0)}{\epsilon} + \varphi'(0) \ln \epsilon]
$$
La question est de montrer que $Pf(\dfrac{H}{x^2})$ est une distribution.
Voici ce que j'ai fait.
1. On commence par montrer que que $Pf(\dfrac{H}{x^2})$ est bien définie. On écrit le développement de Taylor avec reste de Lagrange d'ordre 2 de $\varphi$ au point $x$ au voisinage de 0:
$$
\varphi(x)=\varphi(0)+x \varphi'(0)+ \dfrac{x^2}{2} \varphi''(\xi), \xi \in (0,x)
$$
Ainsi, on a
$$
u_{\epsilon}= \displaystyle\int_{\epsilon}^a \dfrac{\varphi(0)}{x^2} dx + \displaystyle\int_{\epsilon}^a \dfrac{\varphi'(0)}{x} dx+ \dfrac{1}{2} \displaystyle\int_{\epsilon}^a \varphi ''(\xi) dx - \dfrac{\varphi(0)}{\epsilon}+ \varphi'(0) \ln \epsilon
$$
Ainsi
$$
u_{\epsilon}= -\dfrac{\varphi(0)}{a}+ \varphi'(0) \ln(a) + \dfrac{1}{2} \displaystyle\int_{\epsilon}^a \varphi''(\xi) dx
$$
Ma question est: qu'est ce qu'on fait du terme $ \dfrac{1}{2} \displaystyle\int_{\epsilon}^a \varphi''(\xi) dx$?
Merci par avance.
#7 Re : Entraide (supérieur) » (log|x|)' » 13-11-2017 16:35:38
J'ai une dernière question s'il vous plaît. Comment expliquer le fait que $\log|x|$ ne soit pas défini en $x=0$ mais il est $L^1$ sur $\mathbb{R}$? J'ai lu et j'ai compris que ça a une relation avec le fait que $L^1$ est une classe d'équivalence et qu'on peut donner n'importe quelle valeur à $\log(0)$ mais je n'ai pas compris le lien entre tout ça. Pourquoi on peut donner n'importe quelle valeur à $\log(0)$?
Merci par avance pour votre aide.
#8 Re : Entraide (supérieur) » (log|x|)' » 13-11-2017 16:33:03
C'est bien compris! Ainsi on obtient $|\varphi(\epsilon)-\varphi(-\epsilon)| \leq C \epsilon$ qui tend vers 0. Merci beaucoup
#9 Entraide (supérieur) » (log|x|)' » 13-11-2017 15:47:53
- bib
- Réponses : 4
Bojour,
il y a un point que je ne comprend pas dans le calcul de $(\log|x|)'$ au sens des distributions.
On sait que
$$
<(\log|x|)',\varphi>= - \lim_{\epsilon \to 0} (\displaystyle\int_{-a}^{-\epsilon} \log(-x) \varphi'(x) dx + \displaystyle\int_{\epsilon}^a \log(x) \varphi(x) dx
$$
donc par ipp on trouve que
$$
<(\log|x|)',\varphi>= - \lim_{\epsilon \to 0} [\log(\epsilon).\varphi(-\epsilon)-\log(\epsilon).\varphi(\epsilon)] + \lim_{\epsilon \to 0} [\displaystyle\int_{-a}^{-\epsilon} \dfrac{\varphi(x)}{x} dx + \displaystyle\int_{\epsilon}^a \dfrac{\varphi(x)}{x} dx.
$$
Ma question est comment le terme $- \lim_{\epsilon \to 0} [\log(\epsilon).\varphi(-\epsilon)-\log(\epsilon).\varphi(\epsilon)] $ disparaît?
Merci par avance pour votre aide.
#10 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 12-11-2017 14:15:47
Bonjour,
s'il vous plaît, pour finir ce topic, si on calcule $f''$ en utilisant l'ipp, on trouve ceci:
$<f'',\varphi>=\sum_{k \in \mathbb{Z}}(-2 \sin(a_{2k+1}).\varphi(a_{2k+1})+ \sin(a_{2k}).\varphi (a_{2k}) + \sin(a_{2k+2}).\varphi (a_{2k+2})+\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \cos(x) \varphi(x) dx - \displaystyle\int_{a_{2k+1}}^{a_{2k+2}} \cos(x) \varphi(x) dx
$
La question est comment regrouper les termes pour avoir le bon résultat?
Merci par avance pour votre aide.
#11 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 11-11-2017 23:03:59
Oui $a_k=\pi/2+k\pi$.
S'il vous plaît,
1.alors la formule que j'obtiens dans mon post 38 est correcte?
2. comment vous repérer les points de discontinuités? S'il vous plaît. J'avais compris mais d'un coup je me suis mise à douter. Comment vous repérer les sauts?
3. Surtout que chez moi, les sauts sont les points $a_{2k}, a_{2k+1}$ et $a_{2k+2}$ et vous en appliquant la formule des sauts vous avez trouvé les sauts aux points $a_k$. Je ne comprend pas cette différence.
Merci par avance pour votre aide pour éclaircir ces trois points.
#12 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 11-11-2017 21:37:24
Mais pourquoi je n'obtient pas la même chose si je calcul en utilisant la définition?
On a
$$
<f',\varphi>=\sum_{k \in \mathbb{Z}} (\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \sin(x) \varphi(x) dx - \displaystyle\int_{a_{2k+1}}^{a_{2k+2}} \sin(x) \varphi(x) dx)
$$
donc
$$
<f'',\varphi>=-<f',\varphi'>= - \sum_{k \in \mathbb{Z}} (\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \sin(x) \varphi'(x) dx - \displaystyle\int_{a_{2k+1}}^{a_{2k+2}} \sin(x) \varphi'(x) dx)
$$
puis par ipp on trouve que
$$
\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \sin(x) \varphi'(x) dx = \sin(a_{2k+1}) \varphi (a_{2k+1}) - \sin(a_{2k}) \varphi(a_{2k}) - \displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \cos(x) \varphi(x) dx.
$$
et on fait pareil pour l'autre intégrale, on retrouve le résultat du post 38.
Pourquoi on ne trouve pas les Dirac en les points de discontinuités $a_k$? Où est le problème? S'il vous plaît.
#13 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 11-11-2017 19:03:59
moi j'ai calculer f', pas de problème. Je cherche à calculer f''. J'ai posté ce que j'ai fait dans le post 38. Comment on calcule f''? S'il vous plaît.
#14 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 11-11-2017 13:25:39
aviateur: on cherche les dérivées dans $\mathcal{D}'(\mathbb{R})$, ce n'est donc pas pareil que dans $\mathbb{R}$ s'il y a des discontinuités.
Sinon merci de m'aider pour ma dernière question du post #38 s'il vous plaît.
#15 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 11-11-2017 10:52:04
Bonjour,
ah ok, en fait c'est aussi simple que ça. J'ai toujours tendance à croire que les choses sont compliquées. Merci beaucoup.
Pour le calcul de $f''$ s'il vous plaît. On a trouvé que $f'$ est donnée par
$$
<f',\varphi>= \sum_{k \in \mathbb{Z}}(\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \sin(x) \varphi(x) dx - \displaystyle\int_{a_{2k+1}}^{a_{2k+2}} \sin(x)\varphi(x) dx)
$$
Je souhaite calculer $f''$. J'ai fait de manière classique, et voici ce qu'on obtient:
$$
<f'',\varphi>=-<f',\varphi'>= \sum_{k \in \mathbb{Z}}(-2 \sin(a_{2k+1}).\varphi (a_{2k+1})+ \sin(a_{2k}).\varphi (a_{2k})- \sin(a_{2k+2}).\varphi (a_{2k+2})-\displaystyle\int_{a_{2k}}^{a_{2k+1}} \cos(x) \varphi(x) dx + \displaystyle\int_{a_{2k+1}}^{a_{2k+2}} \cos(x) \varphi(x) dx
$$
Mais je trouve ce résultat louche. On ne devrait pas trouver des dirac seulement aux points $a_{k}$ et pas aux points $a_{2k}$ et $a_{2k+1}$ et $a_{2k+2}$? Aussi je me rend compte que je ne sais pas appliquer la formule des sauts directement. Pouvez vous m'aider? S'il vous plaît.
#16 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 10-11-2017 22:17:29
$K \cap \alpha \Z \subset K$, donc $K$ est infini, et d'un autre côté, les points de discontinuité ne sont pas d'accumulation. Et le théorème de Bolzano dit que toute partie infini et borné admet un point d'accumulation. Donc $K$ n'est pas borné.
Si ce n'est pas ça alors pouvez vous me donner les grandes lignes de la preuve, je ne trouve pas de support pour m'inspirer et ma tête est vide
#17 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 10-11-2017 19:57:20
Alors voici ce que je propose. si $K \cap \alpha \mathbb{Z}$ est infini, plus le fait que $K \cap \mathbb{Z} \subset K$, cela implique que $K$ est infini, donc non borné ce qui est une contradiction. Mais je sens qu'il faut ajouter quelque chose propre à $\alpha \mathbb{Z}$, je ne sais pas quoi.
#18 Re : Entraide (supérieur) » Développement de Taylor » 10-11-2017 19:51:50
euh Terminator897, ce n'est pas dutout ce que tu crois, aucune relation. Sinon, merci pour la réponse.
#19 Entraide (supérieur) » Développement de Taylor » 10-11-2017 14:02:27
- bib
- Réponses : 4
Bonjour,
on a vu que la frmule de Taylor de $\varphi$ au point $x$ au voisinage de 0 vient de la formule de calcul intégrale $\varphi(x)=\varphi(0)+\displaystyle\int_0^x \varphi(u) du$ puis on faut le changement de variables $u=tx$.
Ma question est s'il vous plaît, comment déduire la formule d'ordre $n$?
#20 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 10-11-2017 13:19:09
1. Non je viens d'y passer des heures et ça me dépasse. J'ai fait ce genre de preuves il y a longtemps et maintenant je ne m'en souviens plus et je ne trouve pas de support pour voir la façon de faire. Une méthode logique et simple? S'il vous plaît
2. Pourquoi est-ce que le fait que les discontinuités soient de la forme $1/n$ implique que leur nombre n'est pas fini? S'il vous plaît.
#21 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 10-11-2017 10:35:17
Ce que je e comprend pas c'est les deux points suivants:
1. Comment on montre que tout compact e contient qu'un nombre fini de discontinuité? On a vu ça par deux exemples que vous avez donné, mais je cherche une preuve générale qui le montre.
2.Pourquoi si les discontinuités sont $1/n$ alors on ne peux plus utiliser les sauts?
Merci par avance pour votre aide.
#22 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 09-11-2017 21:28:13
J'ai bien compris pourquoi la série converge. Les points de discontinuité ne sont pas des points d'accumulations. Aucun voisinage de $a_k$ ne contient un nombre infini de points de discontinuité, par conséquent aucun compact ne peut en contenir et donc il y a convergence sure de la série.
Alors je m'excuse pour ma lenteur à comprendre ce point, mais j'ai encore une question:
1. En fait c'est le prof qui nous a dit qu'il peut y avoir un problème de convergence de la série si par exemple les sauts tendent vers 0 comme c'est le cas par exemple de 1/n, et que $\varphi=1$ au voisinage de 0.
Ma question est: ce cas veut dire que le support de $\varphi$ contient un nombre infini de discontinuité? Je ne comprend plus. Le cas du prof dit: si les discontinuités tendent vers0 et que $\varphi=1$ au voisinage de 0: ce cas est équivalent à dire qu'il y a un nombre infinie de discontinuité dans le support? Car vous avez toute de suite fait le lien avec ça, et pas moi.
2.Pourquoi est-ce que les sauts tendent vers 0? Ils sont de la forme $a_k=\pi/2+k \pi$
3. Vous dites qu'il n'y a pas un compact $K$ qui contient un nombre infini de discontinuité. Comment vous le démontré s'il vous plaît.
Merci par avance pour votre aide.
#23 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 09-11-2017 17:58:12
mais dans mon post 21 j'ai donné un cas où il n y a pas convergence de la série. Ce cas existe bien. Non?
#24 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 09-11-2017 16:30:41
Bonjour Yassine
Comment est-ce que la périodicité des sauts implique la convergence de la série? S'il vous plaît.
#25 Re : Entraide (supérieur) » Dérivée dans D' » 08-11-2017 17:03:54
Mais si les indices (i.e. les points où il y a des sauts) tendent vers un nbre reel par ex 0 comme c'est le cas par ex de $1/n$ et que $\phi =1$ au voisinage de 0, la serie va diverger si les sauts sont par constants. Donc on fait comment dans ces cas? S'il vous plaît.







