

Supposons
A tout réel
associons le réel
![]()
D’une part :
![]()
![Rendered by QuickLaTeX.com \begin{eqnarray*}p_{\alpha}\left(x'\right)-p_{\alpha}\left(x\right) & = & \left(x+\frac{1}{x^{\alpha-1}}\right)^{\alpha}-x^{\alpha}\\& = & x^{\alpha}\left[\left(1+\frac{1}{x^{\alpha}}\right)^{\alpha}-1\right]\\& \underset{x\rightarrow+\infty}{\rightarrow} & \alpha\end{eqnarray*}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-334b570a87909780929767ba9d82359f_l3.png)
Par conséquent, si l’on choisit
on voit que pour tout
on peut trouver un couple
vérifiant :
![Rendered by QuickLaTeX.com \[ \left\{\begin{array}{c}\vert x'-x\vert\leqslant\delta\\\\\left|p_{\alpha}\left(x'\right)-p_{\alpha}\left(x\right)|>\epsilon\end{array}\right.\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-9f72dd23e74b861ec84e9e9c7c1bf081_l3.png)
Ainsi,
n’est pas UC lorsque ![]()
Supposons maintenant
La restriction de
à
est UC d’après le théorème de Heine. De plus, pour tout
tel que
il existe (d’après la formule des accroissements finis)
tel que :
![]()
![]()
Ainsi, la restriction de
à
est lipschitzienne, donc UC elle aussi.
Par conséquent,
est UC.
Quant au cas
il est évident. En conclusion :
![]()

En choisissant
on voit que pour tout
on peut trouver
vérifiant :
![]()
Il suffit en effet de considérer
et
(puisque
Par conséquent :
![]()
Passons à l’application ![]()
L’allure de son graphe suggère de considérer les couples formés d’un minimum local et du maximum local suivant : l’écart des abscisses sera arbitrairement petit tandis que l’écart des ordonnées sera fixe.

Posons donc, pour tout
:
![]()
![]()

En choisissant
on peut donc trouver, pour tout
un couple
tel que :
![]()
![]()

Montrons que
est uniformément continue.
Soit
Comme
est UC, il existe
tel que :
![]()
De même, il existe
tel que :
![]()
Posons
Grâce à l’inégalité triangulaire, on voit que si
vérifie
alors :

Pour le produit, c’est différent. Par exemple, si
alors
est l’application
qui n’est pas UC, bien que
et
le soient.
Considérons maintenant un couple
d’applications UC et bornées de
dans
.
Notons
deux réels strictement positfs tels que :
![]()
On observe que, pour tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com \begin{eqnarray*}\left|\left(fg\right)\left(x\right)-\left(fg\right)\left(x'\right)\right| & = & \left|f\left(x\right)g\left(x\right)-f\left(x'\right)g\left(x'\right)\right|\\& = & \left|f\left(x\right)\left[g\left(x\right)-g\left(x'\right)\right]+\left[f\left(x\right)-f\left(x'\right)\right]g\left(x'\right)\right|\\& \leqslant & A\left|g\left(x\right)-g\left(x'\right)\right|+B\left|f\left(x\right)-f\left(x'\right)\right| \end{eqnarray*}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ceb33a0d069c7e151f30043a606e05be_l3.png)
Etant donné
il existe
et
tels que pour tout
:
![]()
![]()
On voit maintenant que :
![]()
Proposition
Le produit de deux applications UC et bornées est UC

Soit
On peut artificiellement écrire, pour tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com \begin{eqnarray*}\left|g\left(x\right)-g\left(x'\right)\right| & = & \left|\left[g\left(x\right)-f_{n}\left(x\right)\right]+\left[f_{n}\left(x\right)-f_{n}\left(x'\right)\right]+\left[f_{n}\left(x'\right)-g\left(x'\right)\right]\right|\\& \leqslant & \left|g\left(x\right)-f_{n}\left(x\right)\right|+\left|f_{n}\left(x\right)-f_{n}\left(x'\right)\right|+\left|f_{n}\left(x'\right)-g\left(x'\right)\right|\\& \leqslant & 2\left\Vert g-f_{n}\right\Vert_{\infty}+\left|f_{n}\left(x\right)-f_{n}\left(x'\right)\right|\end{eqnarray*}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-4e751aa99f5d2a6b15666914850866c5_l3.png)
Etant donné
on commence par choisir
assez grand pour que :
![]()
![]()
Au final, on voit que pour tout
:
![]()
Proposition
Pour toute suite uniformément convergente d’applications UC, la limite est UC.

Soit
une période de
Le théorème de Heine assure l’uniforme continuité de
sur
Donc, étant donné
il existe
tel que :
![]()
Imposons en outre
(c’est possible, quitte à remplacer
par ![]()
Soient
vérifiant ![]()
Supposons, sans perte de généralité, que
et notons ![]()
Alors :
et

Ainsi
et
donc :
![]()
Proposition
Toute application continue et périodique est UC.

Soit
Il existe par hypothèse
tel que :
![]()
En particulier, on voit que si
et
appartiennent tous deux à
alors ![]()
Autrement dit,
vérifie le critère de Cauchy au point
Comme
est complet, il en résulte que
admet en
une limite finie.
Bien entendu, la situation est analogue en ![]()
On peut donc prolonger
en une application continue ![]()
Mais on sait que tout application continue sur un segment, à valeurs réelles, est bornée.
En conséquence,
est bornée.
Dans l’exercice 2, on a vu directement que l’application
n’est pas uniformément continue. On peut voir cela comme conséquence du résultat précédent. En effet, si
était UC alors sa restriction à
serait UC donc bornée : contradiction !

Posons, pour tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com \[S_{n}=\frac{1}{n}\,\sum_{k=0}^{n-1}\,f\left(\frac{k}{n}\right)\,g\left(\frac{k}{n}+\frac{1}{n^{\alpha}}\right)\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ae948f40abb399d7f049fa3542d2dac2_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \[T_{n}=\frac{1}{n}\,\sum_{k=0}^{n-1}\,f\left(\frac{k}{n}\right)\,g\left(\frac{k}{n}\right)\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e542134d597e95c7d502c614683d555f_l3.png)
Détail (cliquer pour déplier / replier)
Pour que la somme qui définit
ait un sens, encore faut-il que les réels auxquels
est appliquée soient tous dans ![]()
Et c’est bien le cas, parce qu’on a supposé
ce qui entraîne :
![]()
On sait (théorème de convergence des sommes de Riemann) que :
![]()
Il suffit donc de montrer que :
![]()
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\boxed{\lim_{n\rightarrow+\infty}\,\frac{1}{n}\,\sum_{k=0}^{n-1}\,f\left(\frac{k}{n}\right)\,g\left(\frac{k}{n}+\frac{1}{n^{\alpha}}\right)=\int_{0}^{1}\,f\left(t\right)\,g\left(t\right)\,dt}\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5b94ee155eca44a6cc40ede5fdc498c1_l3.png)
Or, d’après inégalité triangulaire :
![Rendered by QuickLaTeX.com \begin{eqnarray*}\left|S_{n}-T_{n}\right| & = & \frac{1}{n}\,\left|\sum_{k=1}^{n}\,f\left(\frac{k}{n}\right)\left[g\left(\frac{k}{n}+\frac{1}{n^{\alpha}}\right)-g\left(\frac{k}{n}\right)\right]\right|\\& \leqslant & \frac{1}{n}\,\sum_{k=1}^{n}\,\left|f\left(\frac{k}{n}\right)\right|\,\left|g\left(\frac{k}{n}+\frac{1}{n^{\alpha}}\right)-g\left(\frac{k}{n}\right)\right|\end{eqnarray*}](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8a6c1cc7bb878b713b9930bb4a40b4d6_l3.png)
Etant donné
![]()
![Rendered by QuickLaTeX.com \[ n\geqslant{\displaystyle \left(\frac{1}{\delta}\right)^{1/\alpha}}\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-2a7e490c3758f3e151f6cad4d1ec5ff1_l3.png)
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\left|S_{n}-T_{n}\right|\leqslant\frac{\varepsilon}{n}\,\sum_{k=1}^{n}\,\left|f\left(\frac{k}{n}\right)\right|\leqslant\varepsilon\left\Vert f\right\Vert _{\infty}\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e9950b1bda1c12815f025d204d3a2a3d_l3.png)

Question 1
Supposons (H) remplie et supposons de plus que
admette en
une limite, finie ou non.
Dans un premier temps, supposons qu’il s’agisse d’une limite finie
Il existe alors un réel
tel que :
![]()
![]()
![]()
Il s’ensuit que :
![]()
En remplaçant
par
on voit que
ne peut pas non plus être strictement négative.
Et en adaptant très légèrement ce qui précède, on voit que
ne peut pas non posséder en
une limite infinie. Ainsi, il est nécessaire que la limite
soit nulle.
Question 2
Dans l’illustration ci-dessous, les triangles coloriés en bleu ont pour aires respectives :
![]()

Transformons cette idée en une preuve rigoureuse, en posant pour tout
et tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com \[f\left(t\right)=\left\{\begin{array}{ccc}2^{n}\left(t-n+1\right) & \text{si} & t-n+1\in\left[0,2^{-n}\right[\\\\-2^{n}\left(t-n+1-2^{-n}\right) & \text{si} & t-n+1\in\left[2^{-n},2^{1-n}\right[\\\\0 & \text{si} & t-n+1\in\left[2^{1-n},1\right[\end{array}\right.\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-cbb653ec64c1e7591a56c253a2819e81_l3.png)
On définit ainsi une application
par ses restrictions aux intervalles
pour ![]()
Il sera peut-être plus clair de reformuler comme suit. Pour tout entier
:
,
- la restriction de
à chacun des segments
et
est affine.
L’hypothèse (H) est vérifiée puisque, d’une part,
est continue (par construction) et, d’autre part, pour tout
:
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\int_{0}^{x}f\left(t\right)\thinspace dt\leqslant\int_{0}^{\left\lceil x\right\rceil }f\left(t\right)\thinspace dt=\sum_{k=0}^{\left\lceil x\right\rceil -1}2^{-k}<1\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-af544473e623e9cc677ff4382ae94a1b_l3.png)
Pourtant,
n’admet pas de limite en
puisqu’en posant
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\left\{\begin{array}{ccc}t_{n} & = & n-1\\\\t'_{n} & = & n-1+2^{-n}\end{array}\right.\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-8eeca3f9eed2da1f68c9cc18078daf86_l3.png)
![]()
![]()
Question 3
Supposons que
n’admette pas pour limite
en
:
![]()
On peut alors construire (par récurrence) une suite
strictement croissante telle que :
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\left\{\begin{array}{c} {\displaystyle \lim_{n\rightarrow\infty}\,x_{n}=+\infty}\\\\\forall n\in\mathbb{N},\,\left|f\left(x_{n}\right)\right|\geqslant2\varepsilon\end{array}\right.\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-5b538001ff0995652d78ccb3380cdada_l3.png)
Détail (cliquer pour déplier / replier)
La condition
garantit que les segments
qui apparaissent ci-après sont tous contenus dans
ce qui va permettre d’appliquer
à leurs éléments.
Comme
est uniformément continue, il existe
tel que :
![]()
![]()
![]()
D’après la théorème des valeurs intermédiaires,
garde un signe constant sur chacun des segments
Donc, pour tout
:
![]()

Rappelons que
est supposée continue et qu’on a posé, pour tout
et tout
:
![]()
Pour tout tel couple
, il existe (d’après la formule de la moyenne) un réel
![]()
![]()
![Rendered by QuickLaTeX.com \[S_{n}=\frac{b-a}{n}\sum_{k=0}^{n-1}\left|f\left(x_{k,n}\right)\right|\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-caa61283bfe5ce2b39a460d74c2894e2_l3.png)
![]()
Par inégalité triangulaire, pour tout
:

étant UC (théorème de Heine), il existe pour tout
un réel
tel que :
![]()
Ainsi :
![]()
On a prouvé que :
![Rendered by QuickLaTeX.com \[\boxed{\lim_{n\rightarrow\infty}I_{n}=\int_{a}^{b}\left|f\left(t\right)\right|\thinspace dt}\]](https://math-os.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-ec1bf2d2e2785eb93f0308c969e60ab4_l3.png)
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