Ivan Shishkin, Rye (1878)

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f+f′f+f' tend vers 0

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Solution by Sequoia · FR

↪\hookrightarrow On pose g=f+f′g=f+f', cette fonction tend alors vers 00 en l’infini. Résolvons cette équation en fixant gg.
L'équation homogène est f+f′=0f+f'=0, de solutions x⟼αe−xx\longmapsto \alpha e^{-x} pour tout α∈R\alpha\in\R.

En utilisant la formule de Duhamel pour la solution particulière (qui revient à réaliser une méthode de variation de la constante), on trouve finalement l’existence de α∈R\alpha\in\R tel que:
f ⁣:x∈R⟼e−x(α+∫0xg(t) et dt)f\colon x\in\R\longmapsto e^{-x}\left(\alpha + \int_0^x g(t)\,e^t\,\mathrm{d}t\right)Pour x>0x>0, dans la dernière intégrale, on peut poser u=etu=e^t et ainsi l’écrire sous la forme ∫1exg(ln⁡(u)) du\int_1^{e^x}g(\ln(u))\,\mathrm{d}u.
Or la fonction g∘ln⁡g\circ\ln tend vers 00 en l’infini et est continue donc on peut appliquer le théorème de Cesaro (en posant X:=exX:=e^x) et conclure que
e−x∫0exg(ln⁡(u)) du=1X∫0Xg∘ln⁡⟶X→+∞0e^{-x}\int_0^{e^x}g(\ln(u))\,\mathrm{d}u=\frac{1}{X}\int_0^X g\circ\ln \underset{X\to+\infty}{\longrightarrow}0Ainsi ff tend vers 00 en l’infini. De même, f′=g−ff'=g-f tend vers 00.

↪\hookrightarrow Si maintenant ff est seulement supposée dérivable, alors le résultat subsiste en utilisant la règle de l’Hôpital. En effet, on pose A(x)=exf(x)A(x)=e^x f(x) et B(x)=exB(x)=e^x, alors A′(x)B′(x)=f(x)+f′(x)\frac{A'(x)}{B'(x)}=f(x)+f'(x) tend vers 00 donc f(x)=A(x)B(x)f(x)=\frac{A(x)}{B(x)} tend aussi vers 00.

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