Remarquons d'abord que $F\cap G=\{0\}$. En effet, si $f$ est élément de $F\cap G$, alors,
pour tout $x\in\mathbb R$, on a à la fois $f(-x)=f(x)$ et $f(-x)=-f(x)$, d'où
$f(x)=-f(x)$ ce qui entraîne $f(x)=0$.
D'autre part, tout élément $h$ de $E$ se décompose sous la forme $h=f+g$, avec $f$ dans $F$
et $g$ dans $G$. Pour cela, on utilise un raisonnement par analyse-synthèse.
Admettons un bref instant
que $h=f+g$ avec $f\in F$ et $g\in G$. Alors, pour tout $x\in\mathbb R$, on a
$h(x)=f(x)+g(x)$ et $h(-x)=f(-x)+g(-x)=f(x)-g(x)$. Des deux équations précédentes, on tire
facilement que $f(x)=\big(h(x)+h(-x)\big)/2$ et $g(x)=\big(h(x)-h(-x)\big)/2$.
On peut désormais passer
à la synthèse (le paragraphe précédent peut être considéré comme une recherche "au brouillon"). On pose $f(x)=\big(h(x)+h(-x)\big)/2$ et $g(x)=\big(h(x)-h(-x)\big)/2$.
Alors on vérifie facilement que :
- $h=f+g$;
- $f$ est paire : en effet $f(-x)=\big(h(-x)+h(-(-x))\big)/2=\big(h(x)+h(-x)\big)/2=f(x)$;
- $g$ est impaire (même raisonnement).
Ainsi, on a bien $F+G=E$.
Remarquons que la partie 'analyse' du raisonnement montre aussi l'unicité de la décomposition, et redémontre donc que la somme est directe.