« Inégalité des accroissements finis pour les fonctions à valeurs vectorielles » : différence entre les versions

Contenu supprimé Contenu ajouté
Anne Bauval (discuter | contributions)
m Annulation des modifications 128668657 de SniperMaské (mêmes 2 motifs que dans Henri-Léon Lebesgue) + mep
Anne Bauval (discuter | contributions)
→‎Corollaire : démo plus lisible. HB : puis-je la transférer dans w:Calcul différentiel/Différentiabilité ? (tout en conservant ici refs et remarques)
Ligne 40 :
}}
 
{{Démonstration/début|titre=Démonstration directe}}
{{Démonstration/début|titre=Démonstration directe}}Pour ε > 0 fixé, on introduit l'application φ<sub>ε</sub>, du segment {{math|[''a'', ''b'']}} dans ℝ, définie par<center><math>\varphi_{\varepsilon}(t)=\|f(t)-f(a)\|-g(t)-\varepsilon t.</math></center>Pour tout réel ''u'' de l'intervalle {{math|]''a'', ''b''[}}, cette application est continue sur {{math|[''u'', ''b'']}}, donc [[Théorème des bornes|atteint son minimum]] en un certain point ''c'' de {{math|[''u'', ''b'']}}. Si nous prouvons que ce point ''c'' n'est autre que {{math|''b''}}, l'objectif sera atteint puisqu'on aura {{formule|φ<sub>ε</sub>(''b'') ≤ φ<sub>ε</sub>(''u'')}} et, par passage à la limite, {{formule|φ<sub>ε</sub>(''b'') ≤ φ<sub>ε</sub>(''a'')}}, c'est-à-dire {{formule| {{!}}{{!}}''f''(''b'') − ''f''(''a''){{!}}{{!}} ≤ ''g''(''b'') − ''g''(''a'') + ε(''b – a'')}}, et cela pour tout ε > 0, d'où {{formule|{{!}}{{!}}''f''(''b'') − ''f''(''a''){{!}}{{!}} ≤ ''g''(''b'') − ''g''(''a'')}}. Pour montrer que {{formule|''c {{=}} b''}}, il suffit de vérifier qu'en tout point ''t'' de {{math|[''u'', ''b''[}}, φ<sub>ε</sub> n'est pas minimale. La raison en est que pour ''s'' suffisamment proche de ''t'', on a<center><math>\left\|\frac{f(s)-f(t)}{s-t}\right\|-\frac\varepsilon2<\|f'(t)\|\le g'(t)<\frac{g(s)-g(t)}{s-t}+\frac\varepsilon2.</math></center>Si de plus ''s > t'', on en déduit que<center><math>\|f(s)-f(t)\|<g(s)-g(t)+\varepsilon(s-t).</math></center>Par [[inégalité triangulaire]] on a par conséquent, pour ''s'' > ''t'' suffisamment proche de ''t'', {{formule|φ<sub>ε</sub>(''s'') < φ<sub>ε</sub>(''t'')}}, ce qui prouve que φ<sub>ε</sub> n'est minimale (même localement) en aucun {{math|''t < b''}} et termine la preuve.
Soient <math>\varepsilon>0</math>, <math>u\in\left]a,b\right[</math>, <math>\varphi:\left[u,b\right]\to\R,\ t\mapsto\|f(t)-f(a)\|-g(t)-\varepsilon t</math>, et <math>c\in\left[u,b\right]</math> un point en lequel [[Théorème des bornes atteintes|la fonction <math>\varphi</math> (continue) atteint son minimum]]. Montrons par l'absurde que <math>c=b</math>.
 
Si au contraire <math>\left]c,b\right[</math> était non vide, il contiendrait des réels <math>t</math> tels que
<center><math>\left\|\frac{f(t)-f(c)}{t-c}\right\|-\frac\varepsilon2<\|f'(c)\|\le g'(c)<\frac{g(t)-g(c)}{t-c}+\frac\varepsilon2</math></center>
et l'on aurait alors
:<math>\|f(t)-f(c)\|<g(t)-g(c)+\varepsilon(t-c)</math> donc (par [[inégalité triangulaire]]) <math>\varphi(t)<\varphi(c)</math>,
ce qui contredirait le choix de <math>c</math>.
 
On a donc bien <math>c=b</math>, en particulier <math>\varphi(b)\le\varphi(u)</math>, c'est-à-dire
:<math>\|f(b)-f(a)\|\le\|f(u)-f(a)\|+g(b)-g(u)+\varepsilon(b-u)</math>.
On conclut par passage à la limite quand <math>u\to a^+</math> et <math>\varepsilon\to0^+</math>.
 
Remarques.
<sub>ε</sub> est en fait strictement décroissante.
* Comme cette démonstration le prouve, le théorème ne nécessite que l'existence de dérivée à droite pour les fonctions {{math|''g''}} et {{math|''f''}}<ref name=LF>[[Jacqueline Lelong-Ferrand]] et [[Jean-Marie Arnaudiès]], ''Cours de mathématiques'', t. 2, ''Analyse'', Bordas 1977, p. 132-133.</ref>.
*On peut de plus supposer seulement que ces dérivées à droite existent (et satisfont l'inégalité) sur le complémentaire d'un ensemble dénombrable<ref>{{Ouvrage|titre=Mathématiques Tout-en-un pour la Licence 2|auteur=[[Jean-Pierre Ramis]]|auteur2=[[André Warusfel]]|et al.=oui|éditeur=Dunod|year=2014|numéro d'édition=2|url={{Google Livres|FhnpAwAAQBAJ|page=602}}|page=602}}, th. 88.</ref>.