Exercice 16

Partie

Question

Étudier la convergence uniforme de la suite de fonctions (\(f_n\)) définies sur \(\mathbb{R^+}\) par :

\(f_n(x) = \frac{nx^2}{1 + nx}\)

Aide simple

La suite (\(f_n\)) converge simplement sur \(\mathbb{R^+}\) vers la fonction x \(\longmapsto\) x .

Pour avoir convergence uniforme, il faut montrer que \(\underset{x \in l}{sup} \Big \{ |f_n(x )- f(x) | \Big \} \) tend vers 0 quand n \(\rightarrow +\infty\) . Il faut donc exprimer ce sup (ou un majorant) en fonction de n et regarder s'il tend vers 0 quand n tend vers \(+\infty\) .

Solution détaillée

On cherche \(\underset{x \in \mathbb{R_+}}{sup} \Big \{ |f_n(x )- x | \Big \} \) .

\(  |f_n(x) - x| =\left| \frac{nx^2}{1 + nx} - x \right| = \left| \frac{nx^2 - x - nx^2}{1+ nx}\right| =\frac{x}{1 + nx}\)

Or, la fonction \(g_n : x \longmapsto \frac{x}{1 + nx}\) est strictement croissante sur \(\mathbb{R^+}\) ; en effet, sa dérivée est la fonction x \(\longmapsto \frac{1}{(1 + nx)^2}\)>0 . De plus, \(g_n(0) = 0\) et \(\displaystyle \lim_{x \rightarrow +\infty \textrm{ }}  g_n(x) = \frac{1}{n}\). x-->+o o n

Donc, \(\underset{x \in \mathbb{R_+}}{sup} \Big \{ |f_n(x )- x | \Big \}= \frac{1}{n} \) .

Comme cette borne supérieure tend vers 0 lorsque n tend vers \(+\infty\) , on en déduit, par définition, que la suite (\(f_n\)) converge uniformément sur \(\mathbb{R^+}\) vers la fonction x \(\longmapsto\) x .

La suite (\(f_n\)) converge uniformément sur \(\mathbb{R^+}\) vers la fonction x \(\longmapsto\) x .