II. Approximation uniforme sur Rpar des fonctions de classe C∞ou par des fonctions tests.
7. a. La suite de polynômes (Pn)converge uniformément sur Rvers une certaine fonction f.Onendéduitqu’ilexiste
un entier Ntel que, pour n≥N,*Pn−f*∞≤1
2.Pourn≥N,onaalors
*Pn−PN*∞≤*Pn−f*∞+*f−PN*∞≤1
2+1
2=1.
b. Ainsi, pour n≥N,lepolynôme Pn−PNest borné sur Ret donc est un polynôme constant Cn.Lasuitedepolynômes
constants (Cn)=(Pn−PN)converge vers f−PNqui est donc un polynôme constant C(car si pour tout xréel et tout
n≥N,Cn(x)=Cn(0)alors en faisant tendre nvers +∞,onobtientpourtoutréelx,C(x)=C(0)).
Quand ntend vers +∞dans l’égalité Pn=PN+Cn,onobtientf=PN+Cet fest donc un polynôme.
Si une suite de polynômes (Pn)converge uniformément sur Rvers une fonction f,fest un polynôme.
8. a. Graphe de la fonction zn.
nn+1
−n
−(n+1)
y=zn(x)
Soient xun réel positif puis n0=E(x)+1.Pourn≥n0,onan≥E(x)+1>xet donc zn(x)=1.Onendéduitque
lim
n→+∞zn(x)=1.Simaintenantxest un réel négatif, lim
n→+∞zn(x)= lim
n→+∞zn(−x)=1.
La suite de fonctions (zn)converge simplement vers la fonction constante x)→1sur R.
Maintenant, pour tout entier n,*zn−1*∞=1et on n’a donc pas lim
n→+∞*zn−1*∞=0.
La suite de fonctions (zn)ne converge pas uniformément vers sa limite sur R.
b. Soit gune fonction continue sur Ret nulle à l’infini. Il existe un réel positif Atel que si |x|>A,|g(x)|≤1.Mais
la fonction gest continue sur le segment [−A, A]et donc bornée sur ce segment. Par suite, il existe un réel Mtel que si
|x|≤A,|g(x)|≤M.
Pour tout réel xon a alors |g(x)|≤Max{1, M}.Onamontréque
si gest nulle à l’infini, gest bornée sur R.
c. Soit n∈N.Puisque{x∈R/|x|≥n+1}⊂{x∈R/|x|≥n},onaαn+1≤αn.
La suite (αn)est décroissante.
Soit ε>0.Puisquegest nulle à l’infini, il existe A>0tel que si |x|>A,|g(x)|<ε
2.
Soit alors n0=E(A)+1.Pourtoutréelxtel que |x|≥n0,ona|g(x)|<ε
2et donc αn0≤ε
2<ε.Maisalors,puisquela
suite (αn)est décroissante (et positive), pour n≥n0,ona0≤αn≤αn0<ε.Onamontréque
∀ε>0∃n0∈N/∀n∈N,(n≥n0⇒0≤αn<ε)
http ://www.maths-france.fr 5 c
!Jean-Louis Rouget, 2006. Tous droits réservés.