Corrigé exercice 14

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Initiation à la théorie des distributions

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École Polytechnique

Initiation à la théorie des distributions

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Une fonction discontinue peut-elle être solution d'une équation différentielle? Comment définir rigoureusement la masse de Dirac (une "fonction" d'intégrale un, nulle partout sauf en un point) et ses dérivées? Peut-on définir une notion de "dérivée d'ordre fractionnaire"? Cette initiation aux distributions répond à ces questions - et à bien d'autres.

Из урока

Cours 5

Partie 1 Régularisation des distributions21:11

Partie 2 Convolution des distributions30:20

Partie 3 Distributions tempérées29:13

Corrigé exercice 145:08

Corrigé exercice 1510:30

Corrigé exercice 1615:10

Познакомьтесь с преподавателями

Prof. François Golse
Professeur à l'Ecole polytechnique
Département de mathématiques
Prof. Yvan Martel
Professeur à l'Ecole polytechnique
Département de mathématiques

Le but de cet exercice est de démontrer que,

si une distribution, dans un intervalle a une dérivée égale

à zéro, alors, cette distribution est, en fait, une

fonction constante, c'est la distribution associée à une fonction constante.

Cet exercice est divisé en deux questions.

Dans la première question, nous allons montrer que si

nous avons une fonction, une fonction test sur i, alors,

cette fonction test, peut être écrite comme la dérivée d'une autre fonction

test si, et seulement si, son intégrale sur l'intervalle a,b est égale à zéro.

Donc, prenons, considérons donc,

une fonction test phi. Donc, C infini un support

compact dans l'ouvert a,b. Et supposons que son

support est inclus dans l'intervalle

fermé c,d, où a est strictement plus petit que C,

strictement plus petit que d, strictement plus petit que b.

On pose psi de x est égal

à l'intégrale de a à x, de phi de y, dy. Il est très

facile de voir que la fonction psi, bien sûr, est C infini.

Nous complétons sa définition donnée, ici, pour x plus grand que a, par

le fait que psi est égal à zéro pour x plus petit que a.

Avec cette définition, si l'intégrale de a à b de phi

est égale à zéro, comme phi est nul pour x plus

grand que d, nous voyons que psi

est également un support dans l'intervalle fermé c,d.

Donc, nous avons démontré une implication qui est

que, si l'intégrale est nulle, alors on peut écrire phi sous la forme

de la dérivée de psi, donc, sous la forme de la dérivée d'une autre fonction test.

Réciproquement, il est facile de voir que si phi s'écrit sous

la forme psi prime, alors, son intégrale est nulle.

Phi égal à psi prime, où psi est

une fonction C infini à support compact dans a,b.

Alors, nécessairement, l'intégrale de a à b de phi est égale

à psi de b moins psi de a, qui sont tous les deux nuls, donc, on trouve zéro.

Donc, l'équivalence est démontrée.

Deuxième question. Je considère une

fonction test khi sur l'intervalle i, dont je suppose que l'intégrale est égale à un.

Je considère, maintenant, une fonction test phi, un

support dans a,b, je ne fais aucune autre hypothèse sur la fonction phi.

Mais à partir de la fonction phi, je vais construire

une autre fonction test, qui sera

l'intégrale nulle, grâce à la fonction khi.

On pose phi tilde de

x est égal à la fonction test phi de x moins

khi de x multiplié par l'intégrale de a,b, de phi.

On voit très facilement que phi tilde est

l'intégrale nulle sur a,b.

Et donc, cela peut s'écrire comme une dérivée, d'après la question petit a.

Donc, on peut voir phi tilde comme la dérivée d'une certaine fonction psi.

Ainsi, je réécris phi de x comme la dérivée d'une fonction test psi de

x, plus la fonction test khi de x multiplié par le scalaire

intégral de phi sur l'intervalle i. Grâce à ce calcul, je peux

maintenant calculer la distribution T testée contre phi.

Donc, T contre phi, par linéarité, est égal à T contre

psi prime plus T contre khi de x qui, disons,

intégrale de phi. T contre psi prime est égal à zéro,

parce que c'est la même chose que moins T prime contre psi.

Et ensuite, le deuxième terme est égal à l'intégrale de

phi sur l'intervalle i, T contre khi. Si

maintenant, j'appelle C égale T khi, on se rend

compte que la distribution T n'est rien d'autre que la fonction

grand C.

Nous avons bien démontré que si T prime est égal à zéro, alors, T est

une constante, ou T est la distribution

associée à la fonction constante égale à C.

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