Exercice 28

Partie

Question

Étudier la convergence uniforme de la suite de fonctions (\(f_n\)) définies par : \(f_n(x) = \frac{1}{n^x}\) pour x \(\geqslant\) 0.

Aide simple

En notant f la fonction définie sur \(\mathbb{R^+}\) par :  \(\left \{ \begin{array}{cc} x=0 & f(x)=1 \\ x>0 & f(x)=0  \end{array} \right. \) , alors \(\begin{array}{ccc}&cs&\\(f_n)&\rightarrow& f\\&\mathbb{R_+}&\end{array}\)

Mais la suite (\(f_n\)) ne converge pas uniformément vers f sur \(\mathbb{R^+}\) .

Solution détaillée

Le problème de non-convergence uniforme semble provenir du point 0.

L'idée est donc de regarder s'il y a convergence uniforme sur [a, \(+\infty\) [ (avec a > 0).

Sur [a, \(+\infty\) [, la suite (\(f_n\)) converge simplement vers \(\tilde{0}\) et \(| f_n(x)- 0|= f_n(x) = \frac{1}{n^x}\)

Il est alors immédiat que \(\underset{x \in [a,+\infty[}{sup} \Big \{ |f_n(x )- 0 | \Big \} = \frac{1}{n^a}\)

\(\displaystyle \lim_{n\rightarrow +\infty \textrm{ }} \frac{1}{n^a}= 0\), donc la suite (\(f_n\)) converge uniformément vers \(\tilde{0}\) sur [a, \(+\infty\) [.

La suite (\(f_n\)) converge uniformément vers \(\tilde{0}\) sur [a, \(+\infty\) [ [ (a > 0 ).