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Application en escalier

Une application e : [a ;b] → est dite en escalier s’il existe une subdivision s = (a; … ; an) de [a ;b], tel que n≥1 (entier), et (λ; … ; λn) tel que, 0 ≤ i ≤ n-1 , x ]ai ; ai+1[, e(x) = λi.
On note E(a ;b) l’ensemble des application en escalier de [a ;b].
On dit que s est une subdivision adapté à e.
Exemple :
Soit la fonction en escalier f(x) = E(x) x [-2 ; 2].

Propriétés :
1.     Si e E(a ;b) alors une subdivision de [a ;b] adapté à e.
2.     Si s est adapté à e alors toute subdivision plus fine que s est aussi adapté à e.
3.     L’ensemble de subdivision adapté à e E(a ;b) admet un plus petit élément (pour l’ordre < dans l’ensemble de subdivision de [a ;b]), qui est la subdivision formée par a, b et les point de discontinuité de e.
4.     1 E(a ;b).
5.     (e;e2) (E(a ;b))2, on a : e + e2 E(a ;b) et e1e2 E(a ;b).
6.     e E(a ;b), |e| E(a ;b).
Demonstration:
1.     Par definition: Une application e : [a ;b] → est dite en escalier s’il existe une subdivision s = (a; … ; an) de [a ;b], tel que n≥1 (entier), et (λ; … ; λn) tel que, 0 ≤ i ≤ n-1 , x ]ai ; ai+1[, e(x) = λi.
2.     s = (a; … ; an) est adapté à e ; … ; λn), avec n≥1 (entier), tel que 0 ≤ i ≤ n-1 , x ]ai ; ai+1[, e(x) = λi.
soit s’ = (a; … ; a; c ; ak+1 ; … ; an) plus fine que s, avec 0 ≤ k ≤ n-1. Or
0 ≤ i ≤ n-1 , x ]ai ; ai+1[, e(x) = λi x ]ak ; ak+1[, e(x) = λk   x ]ak ; c[, e(x) = λk et x ]c ; ak+1 [, e(x) = λk s’ est adapté à e.
3.     On raisonne par l’absurde :
On suppose que
une subdivision adaptée à e, qui est plus petit que la subdivision formée par a, b et les point de discountés de e i {1 ; … ; n-1} tel que x ]ai-1 ; ai+1[, e(x) = c . Or e n’est pas continue en ai donc e n’est pas constante sur ]ai-1 ; ai+1[ absurdité.
Conclusion : L’ensemble de subdivision adapté à e
E(a ;b) admet un plus petit élément (pour l’ordre < dans l’ensemble de subdivision de [a ;b]), qui est la subdivision formée par a, b et les point de discontinuité de e.
4.     f(x) = 1, x [a ; b], est une fonction constante donc f est une fonction en escalier car x [a ; b], f(x) = 1.
5.     Soit s’ la subdivision adapté à e1 et s’’ la subdivision adapté à e2.
s’ = (a = a; … ; an1 = b).
∀ 0≤ i ≤ n1-1, ∀ x ] a; ai+1[,e1(x) = αi
s’’ = (a = b; … ; bn2 = b).
∀ 0≤ i ≤ n2-1, ∀ x ] b; bi+1[,e2(x) = βi
s = s’
s’’.
s = (a = c; … ; cn = b)
.
s est plus fine que s’ et s” donc s est une subdivision adaptée à e1 et e2.
∀ 0≤ i ≤ n-1, ∀ x ] c; ci+1[, e1(x) = θi et e2(x) = ωi.
∀ 0≤ i ≤ n-1, ∀ x ] c; ci+1[, (e1 + e2)(x) = θi + ωi = νi.
e1 + e2 est une fonction en escalier e1 + e2 ∈ E(a ; b) et s est la subdivision adaptée à e.
D’autre part,
∀ 0≤ i ≤ n-1, ∀ x ] c; ci+1[, e1e2(x) = θiωi = ψi.
e1e2 est une fonction en escalier e1e2 ∈ E(a ; b) et s est la subdivision adaptée à e.
6.     Soit s la subdivion adaptée à e, avec s = (a = a; … ; an1 = b).
∀ 0≤ i ≤ n-1, ∀ x ] a; ai+1[, e(x) = λi.
∀ 0≤ i ≤ n-1, ∀ x ] a; ai+1[, |e|(x) = |λi|.
|e| E(a ; b) et s est la subdivision adaptée à |e|.
Exemple :
1.     Soit f(x) = E(x), x [-2 ; 2].
s = (-2 ; -1 ; 0 ; 1 ; 2) est une subdivision adaptée à f.
2.     Prenons l’exemple (1) : s’ = (-2 ; -1 ; 0 ; 0,5 ; 1 ; 2) est plus fine que s. s’ est une subdivision adaptée à f.
3.     Prenons le même exemple : s = (-2 ; -1 ; 0 ; 1 ; 2) est la subdivision la plus petite ((pour l’ordre < dans l’ensemble de subdivision de [-2 ;2]), qui est adaptée à f.
4.     f(x) = 1, x [-2 ;2] est une fonction en escalier.
5.     Soit f(x) = E(x) et g(x) = E(x) – 1 , x [-2 ;2].
(f+g)(x) = 2E(x) -1 est une fonction en escalier.
fg(x) = E²(x) – E(x) est une fonction en escalier.

6.     Soit f(x) = E(x), x [-2 ;2].
|f|(x) = E(x),
x [-2 ;2].
|f| est une fonction en escalier.

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