
MP 2024-2025
DM7 bleu outremer
Intégrales de Fresnel
Transformation DE FOURIER
Pour toute fonction fcontinue intégrable sur R, on définit la fonction, notée F(f)ou ˆ
fet appelée transformée de Fourier de f,
définie sur Rpar
ˆ
f(x) = Z+∞
−∞
f(t)e−itx dt.
(Parfois, un préfacteur 1/√2πapparaît dans la définition, afin de simplifier l’expression de la transformée de Fourier inverse.)
I Introduction à la transformation de Fourier
I. 1 Propriétés élémentaires
1On note L1l’espace vectoriel des fonctions continues et intégrables sur R. Soit f∈L1. Montrer que ˆ
fest bornée sur Ret
que
∀x∈R|ˆ
f(x)|6c
|f|(0).
2Que peut-on dire de ˆ
florsque fest paire (resp. impaire) ?
3.a Transformée de Fourier de la translatée et de la déphasée - Soit a∈R. On définit τaf:x7→ f(x−a). Comparer d
τafet ˆ
f.
On définit ϕa(f) : x7→ f(x)eiax. Comparer b
het ˆ
f.
3.b Transformée de Fourier de la transposée — On définit ˜
f:x7→ f(−x). Comparer ˆ
˜
fet ˆ
f.
3.c Transformée de Fourier de la dilatée - Soit a∈R∗. On pose da(f) : x7→ f(ax). Comparer
\
da(f)et ˆ
f.
4Transformée de Fourier et dérivation
4.a On suppose que f∈L1est de classe C1et que f0∈L1. Montrer que fadmet une limite nulle en ±∞. En déduire que la
transformée de Fourier de f0est la fonction définie par b
f0:x7→ ixˆ
f(x). En déduire que limx→±∞ ˆ
f(x) = 0 (théorème de
Riemann-Lebesgue).
4.b On suppose que fet g:t7→ tf(t)sont toutes deux dans l’espace L1. Montrer que ˆ
fest de classe C1et calculer sa dérivée
en fonction de bg.
5Compléter le tableau suivant, synthétisant les propriétés élémentaires démontrées :
Fonction Transformée de Fourier Fonction Transformée de Fourier
f(t)b
f(x)f(t)eiat
f(t−a)f0(t)
f(at)tf(t)
I. 2 Application au calcul de la transformée de Fourier de x7→ 1
a2+x2
6On pose f:t7→ e−|t|. Calculer ˆ
f(x)pour tout y∈R.
7D’après le théorème de convergence dominée, on sait que ˆ
fest continue ; on admet que si, de plus, b
fest intégrable, alors
∀t∈Rf(t) = 1
2πZ+∞
−∞
ˆ
f(x)eixt dx.
En déduire la transformée de Fourier de t7→ 1
1+t2ainsi que celle de t7→ 1
a2+t2(pour a∈R∗).
II La transformée de Fourier dans l’espace de Schwartz
- Dans toute la suite, on note E=C∞(R,C)et Bl’espace vectoriel des fonctions f:R→Cbornées.
- On définit l’espace de Schwartz Scomme le sous-ensemble de Eformé des fonctions ftelles que, pour tous les entiers k>0et
p>0, la fonction x7→ (1 + |t|)kf(p)(t)soit bornée.
- Pour tout a∈R, on note ea:t7→ eiat.
II. 1 L’espace Sde Schwartz
8Soit f∈E. Vérifier que f∈Ssi et seulement si, pour tous k, p ∈N,lim|t|→+∞|t|kf(p)(t)=0.
9Montrer que Sest un sous-espace vectoriel de E,
•stable par multiplication (si f, g ∈Salors fg ∈S) et par dérivation (si f∈S, alors f0∈S),
•stable par translation et dilatation (si f∈S, alors τa(f)et dans Spour tout a∈C, et da(f)est dans Spour tout
a∈R∗).
Montrer que g:t7→ e−t2/2est élément de S.
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