1. Pour f∈F, par le théorème des accroissements finis, pour tout t0,t∈[a,b]il existe c∈]t0,t[tel que
|f(t)−f(t0)|=|f0(c)||t−t0|. Donc |f(t)−f(t0)|6k|t−t0|. Fixons t0∈[a,b]. Soit ε>0, soit η=ε
k
alors
∀t∈[a,b]|t−t0|6η⇒ |f(t)−f(t0)|6k|t−t0|6ε.
Ce qui est exactement l’équicontinuité de Fen t0. Comme nous pouvons prendre pour t0n’importe
quel point de [a,b]alors Fest équicontinue.
2. (a) Notons H={fn|n∈N}. Pour x0,x∈Rn,kfn(x)−fn(x0)k6Lkx−x0k. Donc en posant η=ε
L
comme ci-dessus on prouve l’équicontinuité de Hen x0, puis partout.
(b) Notons H(x) = {fn(x)|n∈N}. Alors par hypothèse, H(0)⊂¯
B(0,√2). Donc ¯
H(0)est un fermé
de ¯
B(0,√2)qui est compact (nous somme dans Rn), donc ¯
H(0)est aussi compact, d’où H(0)
relativement compact. Maintenant nous avons kfn(x)−fn(0)k6Lkx−0k. Donc kfn(x)k6Lkxk+
√2. Donc pour xfixé, fn(x)∈¯
B(0,Lkxk+√2)ce qui implique que H(x)est relativement compact.
(c) Comme Rnn’est pas compact on ne peut pas appliquer directement le théorème d’Ascoli. Soit
BR=¯
B(0,R)qui est un compact de Rn. Notons HR={fn|BR|n∈N}la restriction de HàBR.
Alors par le théorème d’Ascoli, HRest relativement compact. Donc de la suite (fn|BR)non peut
extraire une sous-suite convergente (sur BR).
(d) Pour R=1 nous extrayons de (fn)nune sous-suite (fφ1(n))nqui converge sur B1. Pour R=2, nous
extrayons de (fφ1(n))nune sous-suite (fφ2(n))nqui converge sur B2. Puis par récurrence pour R=N,
nous extrayons de (fφN−1(n))nune sous-suite (fφN(n))nqui converge sur BN. Alors la suite (fφn(n))n
converge sur Rn. C’est le procédé diagonal de Cantor. En effet soit x∈Rnet soit N>kxk. Alors x∈
BNdonc (fφN(n)(x))nconverge vers f(x), mais (fφn(n))n>Nest extraite de (fφN(n))ndonc (fφn(n)(x))n
converge également vers f(x). Nous venons de montrer que (fφn(n))nconverge simplement vers f
sur tout Rn.
Correction de l’exercice 6 N
1. (a) Soit (xn)une suite convergeant vers a, alors
|fn(xn)−b|6|fn(xn)−fn(a)|+|fn(a)−b|.
(b) Soit ε>0, il existe N1tel que pour n>N1on ait |fn(a)−b|<ε
2.
(c) (fn)est équicontinue en a, donc il existe η>0 tel que pour tout n∈Net tout x∈E,(|x−a|<η⇒
|fn(x)−fn(a)|<ε
2).
(d) Comme xn→aalors il existe N2tel que pour n>N2on ait |xn−a|<η.
(e) Donc pour n>max(N1,N2)on a |fn(xn)−b|6|fn(xn)−fn(a)|+|fn(a)−b|<ε
2+ε
2=ε. Donc
(fn(xn)) converge vers b.
2. Soit des fonctions réelles définies par fn(x)=(1+x)n. Prenons xn=1
n, alors xn→a=0. Par contre
fn(a) = fn(0) = 1 pour tout n. Mais fn(xn) = fn(1
n) = (1+1
n)nconverge vers e. L’équicontinuité est
donc bien nécessaire.
Correction de l’exercice 7 N
Notons Gl’ensemble des x∈E, pour lesquels (fn(x)) est une suite de Cauchy dans F. Soit (xn)une suite
d’éléments de Gqui converge vers x∈E. Il faut montrer x∈G, c’est-à-dire que (fn(x)) est une suite de Cauchy
de F. Écrivons pour p,q,n∈N,
kfp(x)−fq(x)k6kfp(x)−fp(xn)k+kfp(xn)−fq(xn)k+kfq(xn)−fq(x)k.
Soit ε>0, comme (fn)est équicontinue en x, il existe η>0 tel que
∀n∈N∀y∈Ekx−yk<η⇒ kfn(x)−fn(y)k<ε
3.
5