Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Real analysisReviewed

Théorème de Heine

by Anduril·
27
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Français

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Montrer qu’une fonction réelle continue sur un segment est uniformément continue.

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Solution by Uettechat

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Soit ff une fonction réelle continue un segment.
On note [a,b][a,b], où b>ab>a ce segment.

Supposons que par l’absrude que ff n’est pas uniformément continue sur [a;b][a;b]
Cela signifie qu’il existe ϵ0>0\epsilon_{0}>0 tel que ∀η>0,∃x,y∈[a,b],∣x−y∣≤η et ∣f(x)−f(y)∣>ϵ0\forall \eta > 0, \exists x,y \in [a,b], |x-y|\leq \eta \text{ et } |f(x)-f(y)|> \epsilon_{0}

Ainsi, il existe deux suites (xn)n(x_{n})_{n} et (yn)n(y_{n})_{n} à valeurs dans [a,b][a,b] telles que ∀n∈N∗,∣xn−yn∣≤1n et ∣f(xn)−f(yn)∣>ϵ0\forall n \in \mathbb{N^{*}}, |x_{n}-y_{n}|\leq\frac{1}{n} \text{ et } |f(x_{n})-f(y_{n})|>\epsilon_{0}.
La suite (xn)n(x_{n})_{n} étant bornée, par théorème de Bolzano-Weierstrass, il existe ϕ:N→N\phi : \mathbb{N} \to \mathbb{N} une extractrice telle que (xϕ(n))n(x_{\phi(n)})_{n} converge vers α∈[a,b]\alpha \in [a,b].
On a alors ∀n∈N∗,∣xϕ(n)−yϕ(n)∣≤1ϕ(n) et ∣f(xϕ(n))−f(yϕ(n))∣>ϵ0\forall n \in \mathbb{N^{*}}, |x_{\phi(n)}-y_{\phi(n)}|\leq\frac{1}{\phi(n)} \text{ et } |f(x_{\phi(n)})-f(y_{\phi(n)})|>\epsilon_{0}.
Donc xϕ(n)−yϕ(n)→0x_{\phi(n)}-y_{\phi(n)} \to 0 donc yϕ(n)=xϕ(n)−(xϕ(n)−yϕ(n))⟶αy_{\phi(n)} = x_{\phi(n)} - (x_{\phi(n)} - y_{\phi(n)}) \longrightarrow \alpha
Par passage à la limite, et par continuité de f en α\alpha, il vient que 0>ϵ0>00>\epsilon_{0}>0, ce qui est contradictoire.
Donc f est uniformément continue sur [a;b][a;b]

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