Une solution "à la Grönwall" : On montre le résultat en supposant que f est dérivable.
Selon l’hypothèse, pour tout ε>0, il existe δ>0 tel que pour tout x≥δ on a l’inégalité :
−ε≤f(x)+f′(x)≤ε,
ce qui entraine que pour tout x≥δ, −ε−f(x)≤f′(x)≤ε−f(x). En conséquence, les fonctions f et −f satisfont l’inégalité y′(x)≤−y(x)+ε, pour tout x≥δ. Nous résolvons ensuite cette "inéquation différentielle".
Posons z(x)=y(x)−ε. L’inégalité ci-dessus se récrit alors comme z′(x)≤−z(x) pour tout x≥δ, et comme la fonction g:x↦z(x)ex est dérivable, et que sa dérivée est x↦z′(x)ex+z(x)ex, qui par l’inégalité précédente est négative, on déduit que g est décroissante sur [δ,+∞[. Par conséquent, pour tout x≥δ, g(δ)≥g(x), c’est-à-dire que z(x)≤e−xz(δ)eδ, on encore que y(x)≤ε+e−xz(δ)eδ. Comme ceci est vrai pour y=f ou y=−f, alors
−ε+e−x+δ(f(δ)+ε)≤f(x)≤ε+e−x+δ(f(δ)−ε).
Ainsi, pour δ′>0 tel que pour tout x≥δ′, ∣e−x+δ(f(δ)+ε)∣<ε, et pour δ′′>0 tel que pour tout x≥δ′′, ∣e−x+δ(f(δ)−ε)∣<ε, on obtient pour tout x≥max(δ,δ′,δ′′),
−2ε≤f(x)≤2ε.
Ceci montre que f(x) tend vers 0 quand x tend vers l’infini, et puisque f′(x)+f(x) tend aussi vers 0 quand x tend vers l’infini, on déduit qu’il en va de même pour f′.
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