S´eries de Fourier. Divers modes de convergence. Exemples
Preuve - Supposons que P
n>0
unconverge normalement sur R. Soit n∈Z. D’apr`es l’in´egalit´e de
Cauchy Schwarz, on a :
|cn|=|hen, uni| 6kunk2.
Or,
kunk2
2=1
2πZ2π
0
|un(t)|2dt 61
2πZ2π
0 sup
t∈[0;2π]
|un(t)|!2
dt.
Sachant que unest 2π-p´eriodique,
sup
t∈[0;2π]
|un(t)|= sup
t∈R
|un(t)|=kunk∞.
Par cons´equent, kunk2
26kunk2
∞donc kunk26kunk∞et donc |cn|<kunk∞.P
n>0
kunk∞converge
par hypoth`ese et P
n>0
|cn|et P
n>0
kunk∞sont des s´eries `a termes positifs donc P
n>0
|cn|converge,
c’est-`a-dire P
n>0
cnconverge absolument. De mˆeme, P
n>0
c−nconverge absolument.
Supposons maintenant que P
n>0
cnet P
n>0
c−nsont absolument convergentes. Soit n∈N.
|an|=|cn+c−n|6|cn|+|c−n|.
P
n>0
|an|et P
n>0
(|cn|+|c−n|) sont deux s´eries `a termes positifs et P
n>0
(|cn|+|c−n|) converge (somme
de deux s´eries convergentes) donc P
n>0
|an|converge , c’est-`a-dire P
n>0
anconverge absolument. De
mˆeme, P
n>0
bnconverge absolument car pour tout n∈N,|bn|6|cn|+|c−n|.
Supposons maintenant que P
n>0
anet P
n>0
bnconvergent absolument. On a :
∀n∈N,∀t∈R, un(t) = ancos(nx) + bnsin(nx)
donc
∀t∈R,|un(t)|6|an|+|bn|
c’est-`a-dire
kunk∞6|an|+|bn|.
P
n>0
|an|et P
n>0
|bn|convergent donc P
n>0
(|an|+|bn|) converge. P
n>0
kunk∞et P
n>0
(|an|+|bn|) ´etant
deux s´eries `a termes positifs, on en d´eduit que P
n>0
kunk∞converge, c’est-`a-dire P
n>0
unconverge
normalement. 2
2.2 Convergence en moyenne quadratique
Th´eor`eme 2 Th´eor`eme de Parseval
∀f∈E, kf−Sp(f)k2−−−−→
p→+∞0.
c
S. Duchet -www.epsilon2000.fr.st 5/13