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solution des exos 1 et 2
oups (fin de la sol du 5-1) + simplifs
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<math>E=\mathcal C^2([0,1],\R)</math>.
 
On pose <math>\forall (f,g)\in E^2\quad(f|g)=\int_0^1\left[f(t)g(t)fg+f'(t)g'(t)\right]\,{\rm d}t)</math>.
 
# Vérifier que <math>(\cdot|\cdot)</math> est un produit scalaire sur ''E''.
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## Vérifier que ''V'' et ''W'' sont orthogonaux.
## Exprimer la projection orthogonale de ''E'' sur ''V''.
# On pose <math>F=\{f\in E\mid f(0)=\alpha,~f(1)=\beta\}</math>. Calculer <math>\inf_{f\in F} \int_0^1 \left(f^2(t)+f'^2(t\right)\,{\rm d}t</math>.
{{Solution|contenu=
# On reconnait <math>(\cdot|\cdot)</math> comme étant la restriction du produit scalaire canonique sur <math>\mathcal C^1([0;,1],\R)</math> :
#* Lala bilinéarité vient de la linéarité de la dérivation et de l'intégrale. ;
#* Lala symétrie est évidente. ;
#* Il reste à montrer que cette forme est définie positive. Soitcar pour toute fonction <math>f \in \mathcal C^1([0,1],\R)</math> non nulle, <math>\int_0^1\left(f^2+f'^2\right)>0</math>.
#:<math>(\cdot|\cdot)</math> est donc bien un produit scalaire sur <math>\mathcal C^1([0,1],\R)</math> et, par restriction, sur ''E''. On pourrait d'ailleurs remplacer partout dans l'énoncé <math>\mathcal C^2([0,1],\R)</math> par <math>\mathcal C^1([0,1],\R)</math> (la définition de <math>W</math> garde un sens et ses éléments sont automatiquement de classe <math>C^\infty</math>) sans changer un iota de ce qui suit.
#*:<math>(f|f)=0 \Leftrightarrow \int_0^1 f^2+f'^2=0 \Leftrightarrow f=0</math>.
#:<math>(\cdot|\cdot)</math> est donc bien un produit scalaire sur <math>\mathcal C^1([0,1],\R)</math> et par restriction, sur ''E''. On pourrait d'ailleurs remplacer partout dans l'énoncé <math>\mathcal C^2([0,1],\R)</math> par <math>\mathcal C^1([0,1],\R)</math> (la définition de <math>W</math> garde un sens et ses éléments sont automatiquement de classe <math>C^\infty</math>) sans changer un iota de ce qui suit.
#
## Soient <math>v \in V,</math> et <math>w \in W</math>. Une intégration par parties donne :
##:<math>(v|w) = \int_0^1\left[v(t)w(t)+vvw'(t)w'(t)\right]\,{\rm d}t = _0^1+\int_0^1 v(t)w(t) \,{\rm d}t + \left[v(t) wvw-vw''(t) \right]_0^1- )=0+\int_0^1 v1v\left(t)w-w''(t)\,{\rm d}tright)=0</math>.
## Soit <math>f\in E</math>. Notons <math>\alpha=f(0),\beta=f(1)</math>, et cherchons <math>\lambda,\mu\in\R</math> tels que la fonction <math>g:x\mapsto\lambda\operatorname e^x+\mu\operatorname e^{-x}</math> (qui appartient à <math>W</math> donc à <math>V^\perp</math>) vérifie : <math>f-g\in V</math>. Ainsi, <math>f-g</math> sera le projeté orthogonal de <math>f</math> sur <math>V</math> (et cela prouvera de plus que <math>V</math> et <math>W</math> sont non seulement orthogonaux, mais supplémentaires). La condition sur <math>\lambda,\mu</math> est :
##:Or, <math>v \in V \Rightarrow \left[v(t) w'(t) \right]_0^1 = 0</math> et donc :<math>(v|w) = \int_0^1 v(t) (w(t) - w''(t)) \,{\rm d}t=0</math>, car <math>w \in W</math>.
## Soit <math>f\in E</math>. Notons <math>\alpha=f(0),\beta=f(1)</math>, et cherchons <math>\lambda,\mu\in\R</math> tels que la fonction <math>g:x\mapsto\lambda\operatorname e^x+\mu\operatorname e^{-x}</math> (qui appartient à <math>W</math> donc à <math>V^\perp</math>) vérifie : <math>f-g\in V</math>. Ainsi, <math>f-g</math> sera le projeté orthogonal de <math>f</math> sur <math>V</math> (et cela prouvera de plus que <math>V</math> et <math>W</math> sont supplémentaires). La condition sur <math>\lambda,\mu</math> est :
##::<math>\lambda+\mu=\alpha</math> et <math>\lambda\mathrm e+\mu\operatorname e^{-1}=\beta</math>
##:donc la solution est :
##::<math>\lambda=\frac{\alpha-\mathrm e\beta-\alpha}{1-\operatorname e^2-1},\quad\mu=\frac{\mathrm e\beta-,\operatornamefrac{\mathrm e^2\alpha-\beta}{1-\operatorname e^2-1}</math>.
#Soit <math>f\in F</math>. Alors, <math>F=f+V</math> donc
#:<math>\inf_{h\in F}\|h\|^2=d(0,F)^2=d(0,f+V)^2=d(-V,f)^2</math> est égal, avec les notations de la réponse précédente2.2, à
#:<math>\|g\|^2=\lambdaleft[gg'\right]_0^21+\int_0^1g\left(g-g''\right)=\left[gg'\right]_0^1+0=\left(\lambda^2\operatorname e^2-1\right)-\mu^2\left(\operatorname e^{-2}\right)-1\left(\lambda^2-\mu^2\right)=\frac{(\mathrm e\beta-\alpha)^2+(\mathrm e\alpha-\beta)^2}{\operatorname e^2-1}</math>.
}}
 
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Soit <math>f:[a,b]\to\R</math> continue strictement positive.
 
Démontrer l’existence d'une famille <math>(P_n)</math> de polynômes telle que <math>\forall n\in\N\quad \deg(P_n)=n</math> et <math>\forall n,m\in\N\quad\int_a^b P_n(t)P_m(t)f(t)\,{\rm d}tP_nP_mf=\delta_{n,m}</math>.
 
Démontrer qu'alors, chaque polynôme <math>P_n</math> admet <math>n</math> racines strictessimples dans <math>\left]a,b\right[</math>.
 
{{Solution|contenu=}}