Unicité pour une équation différentielle
Bonjour
J'essaie de montrer l'unicité de la différentielle en un point en utilisant la norme $\displaystyle{N(f) = \underset{||x|| \ne 0}{\text{sup}} \frac{||f(x)||}{||x||}}$ habituelle sur l'espace des applications linéaires $L(E,F)$ ($E$ et $F$ de dimension finie).
Mais je coince sur un résultat intermédiaire qui est peut-être faux d'ailleurs.
Pour les notations : $E$ et $F$ 2 e.v.n de dim. finie $U$ ouvert de $E$.
$f$ une fonction différentiable sur $U$. Soit $a \in U$ et $V$ un voisinage de $0_{E}$.
$df_{a} \in L(E,F)$ t.q. : $\forall h \in V,\ ||f(a+h)|| = f(a) + df_{a}(h) + o(||h||)$
$dg_{a} \in L(E,F)$ t.q. : $\forall h \in V,\ ||f(a+h)|| = f(a) + dg_{a}(h) + o(||h||)$
On a donc $\forall h \in V,\ df_{a}(h) - dg_{a}(h) = o(||h||)$, ce qui peut se traduire, en utilisant la définition d'une limite par
$\forall \epsilon > 0,\ \exists \alpha > 0\, \forall h \in V,\ ||h|| < \alpha \rightarrow ||df_{a}(h) - dg_{a}(h)|| < \epsilon ||h||$.
À partir de là, j'aimerais pouvoir montrer que si $f$ est une application linéaire de $E$ dans $F$ (de dim. finie) qui vérifie la relation (1) suivante :
$\forall \epsilon > 0,\ \exists \alpha > 0,\ \forall h \in E,\ ||h|| < \alpha \rightarrow ||f(h)|| < \epsilon ||h||$. Alors on a :
$\forall \epsilon > 0,\ \forall h \in E,\ ||f(h)|| < \epsilon ||h||$.
C'est le résultat intermédiaire que je mentionnais plus haut. Est-il vrai ?
Pour cela, on se donne $(e_{i})_{i \in [1-N]}$ une base de $E$ (dim. $N$).
À $\epsilon > 0$ fixé, et pour $\alpha > 0$ qui valide (1), en prenant $\displaystyle{e'_{i} = \beta \frac{e_{i}}{||e_{i}||}}$ avec $0 < \beta < \alpha$,
on a une nouvelle base $(e'_{i})$ tq $\forall i \in [1-N],\ ||e'_{i}|| < \alpha$ et on a donc $ ||f(e'_{i})|| < \epsilon ||e'_{i}||$.
Soit $h \in E,\ h = \sum_{i} h_{i} e'_{i}$. On a $||f(h)|| \leq \sum |h_{i}| ||f(e'_{i}|| \leq \epsilon \alpha \sum |h_{i} \leq \epsilon \alpha ||h||$.
$\alpha$ dépendant du $\epsilon$, je patauge et doute de la véracité de ce que je veux montrer...
Pour revenir à l'unicité, j'aurais aimé utiliser ce résultat pour finir :
$\forall \epsilon > 0,\ \forall h \in E,\ ||(df_{a}- dg_{a})(h)|| < \epsilon ||h||$ et donc que $N(df_{a}- dg_{a}) = 0,\ df_{a}- dg_{a} = 0$ et $df_{a} = dg_{a}$.
Merci à ceux qui prendront le temps de m'éclairer, je n'ai pas fait de maths depuis très longtemps.
J'essaie de montrer l'unicité de la différentielle en un point en utilisant la norme $\displaystyle{N(f) = \underset{||x|| \ne 0}{\text{sup}} \frac{||f(x)||}{||x||}}$ habituelle sur l'espace des applications linéaires $L(E,F)$ ($E$ et $F$ de dimension finie).
Mais je coince sur un résultat intermédiaire qui est peut-être faux d'ailleurs.
Pour les notations : $E$ et $F$ 2 e.v.n de dim. finie $U$ ouvert de $E$.
$f$ une fonction différentiable sur $U$. Soit $a \in U$ et $V$ un voisinage de $0_{E}$.
$df_{a} \in L(E,F)$ t.q. : $\forall h \in V,\ ||f(a+h)|| = f(a) + df_{a}(h) + o(||h||)$
$dg_{a} \in L(E,F)$ t.q. : $\forall h \in V,\ ||f(a+h)|| = f(a) + dg_{a}(h) + o(||h||)$
On a donc $\forall h \in V,\ df_{a}(h) - dg_{a}(h) = o(||h||)$, ce qui peut se traduire, en utilisant la définition d'une limite par
$\forall \epsilon > 0,\ \exists \alpha > 0\, \forall h \in V,\ ||h|| < \alpha \rightarrow ||df_{a}(h) - dg_{a}(h)|| < \epsilon ||h||$.
À partir de là, j'aimerais pouvoir montrer que si $f$ est une application linéaire de $E$ dans $F$ (de dim. finie) qui vérifie la relation (1) suivante :
$\forall \epsilon > 0,\ \exists \alpha > 0,\ \forall h \in E,\ ||h|| < \alpha \rightarrow ||f(h)|| < \epsilon ||h||$. Alors on a :
$\forall \epsilon > 0,\ \forall h \in E,\ ||f(h)|| < \epsilon ||h||$.
C'est le résultat intermédiaire que je mentionnais plus haut. Est-il vrai ?
Pour cela, on se donne $(e_{i})_{i \in [1-N]}$ une base de $E$ (dim. $N$).
À $\epsilon > 0$ fixé, et pour $\alpha > 0$ qui valide (1), en prenant $\displaystyle{e'_{i} = \beta \frac{e_{i}}{||e_{i}||}}$ avec $0 < \beta < \alpha$,
on a une nouvelle base $(e'_{i})$ tq $\forall i \in [1-N],\ ||e'_{i}|| < \alpha$ et on a donc $ ||f(e'_{i})|| < \epsilon ||e'_{i}||$.
Soit $h \in E,\ h = \sum_{i} h_{i} e'_{i}$. On a $||f(h)|| \leq \sum |h_{i}| ||f(e'_{i}|| \leq \epsilon \alpha \sum |h_{i} \leq \epsilon \alpha ||h||$.
$\alpha$ dépendant du $\epsilon$, je patauge et doute de la véracité de ce que je veux montrer...
Pour revenir à l'unicité, j'aurais aimé utiliser ce résultat pour finir :
$\forall \epsilon > 0,\ \forall h \in E,\ ||(df_{a}- dg_{a})(h)|| < \epsilon ||h||$ et donc que $N(df_{a}- dg_{a}) = 0,\ df_{a}- dg_{a} = 0$ et $df_{a} = dg_{a}$.
Merci à ceux qui prendront le temps de m'éclairer, je n'ai pas fait de maths depuis très longtemps.
Réponses
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Tu as pour tout $\epsilon >0$ pour tout x dans E^* , $||f(x\alpha/ ||x||)|| < \epsilon ||x\alpha/ ||x||||$ je te laisse continuerLe 😄 Farceur
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Tu te compliques bien la vie et te limites tristement à la dimension finie, alors que la norme de la différence inférieure à epsilon permet normalement de conclure.
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Merci Gébrane, c'était ultra rapide en effet
donc $\forall \epsilon > 0,\ \forall h \in E$, on a le vecteur $\displaystyle{u=\frac{\alpha h}{||h||}}$ qui vérifie $||u|| \leq \alpha$ et donc $||f(u)|| \leq \epsilon ||u||$
et donc $\displaystyle{ || f(\frac{\alpha h}{||h||}) || = \frac{\alpha}{||h||} ||f(h)|| \leq \epsilon \alpha \frac{||h||}{||h||} }$ et donc en simplifiant $||f(h)|| \leq \epsilon ||h||$.
Riemann_lapins_cretins : Oui je voulais le faire en dimension finie et pour cette norme. Comme tu le dis je me suis bien compliqué la vie avec cette histoire de base qui contenait d'ailleurs l'idée que Gébrane a exploité et qui menait au résultat voulu immédiatement.
De quelle norme parlais-tu ? Car avant j'ai fait la démo en utilisant la norme des applications linéaires sur la sphère unité.
Merci pour votre aide. -
Oui, bien la norme subordonnée. Il faut se souvenir qu'on peut ramener la norme de n'importe quel f(x) à celle-ci en bougeant un peu par homogénéité comme l'a bien fait gebrane.
L'idée c'est qu'une AL qui est contrôlée localement est contrôlée partout par la linéarité. N'oublie donc jamais ça dès que tu as une relation qui contrôle ||f(x)||/||x|| sur une boule non vide. Normalement tu as vu cet argument pour les caractérisations de la continuité d'une application linéaire. -
Oui, j'ai du le voir il y a 15 ans. Merci pour ce rappel qui m'invite à passer un peu de temps ce week-end sur un cours d'analyse et topologie.
Bonne soirée Riemann :-)
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