§ 3. Les espaces
1. L’inégalité de Minkowski
Soient un espace localement compact, une mesure sur . Dans l’ensemble des fonctions numériques positives (finies ou non) définies dans X, la fonction est positive, positivement homogène, croissante et convexe (§ 1, n° 3, prop. 10, 11 et 12).
Proposition 1
Pour tout nombre réel fini et tout couple de fonctions positives (finies ou non) définies dans X, on a
Cite 3 · Cité par 1
En effet, l’inégalité (1) est évidente lorsque l’un des termes du second membre est égal à . Dans le cas contraire, et sont presque partout finies (§ 2, n° 3, prop. 7). Si et sont des fonctions finies et positives équivalentes à et respectivement, et sont équivalentes à et respectivement, et comme deux fonctions positives équivalentes ont même intégrale supérieure (§ 2, n° 3, prop. 6), tout revient à démontrer l’inégalité (1) dans le cas où et sont des fonctions partout finies ; mais dans ce cas, l’inégalité est un cas particulier de l’inégalité de Minkowski générale démontrée au chap. I, n° 2, prop. 3.
Nous aurons encore à utiliser l’inégalité élémentaire suivante : si , quels que soient les nombres , on a
En effet, l’inégalité est évidente si ou si l’un des nombres est ; si sont finis et , elle s’écrit
2. Les semi-normes
Dans tout ce qui suit, F désignera un espace vectoriel normé complet (espace de Banach) sur le corps ou le corps ; la norme d’un élément se notera . Etant donnée une application f d’un ensemble A dans F, on notera l’application de A dans (on aura soin d’observer que est une fonction numérique, et non un nombre).
Définition 1
Soient X un espace localement compact, une mesure sur X. Pour toute application f de X dans un espace de Banach F, et tout nombre p tel que , on désigne par , ou simplement par , le nombre positif
Cité par 1
Cité par Proposition 2
On notera que le nombre peut être égal à .
Proposition 2
Si f et g sont deux applications de X dans F, et un scalaire quelconque , on a, pour ,
(3)
(4)
En effet, la relation (3) découle aussitôt de la déf. 1 et du fait que est positivement homogène ; d’autre part, comme , l’inégalité (4) résulte de l’inégalité de Minkowski (1) et du fait que est croissante.
Nous étendrons la déf. 1 au cas des fonctions numériques finies ou non, définies dans X, en posant encore
pour une telle fonction . On voit aussitôt que les relations (3) et (4) sont encore valables pour ces fonctions lorsque est définie dans X et . En outre :
Théorème 1 (théorème de convexité dénombrable). — Soit une suite de fonctions (finies ou non) définies dans X. Pour , on a
(5)
Posons en effet ; est l’enveloppe supérieure de la suite croissante des fonctions ; la définition de et le th. 3 du § 1, n° 3 montrent que . Mais on a en vertu de la prop. 2, d’où l’inégalité (5).
Proposition 3
Si f et g sont deux applications équivalentes de X dans un espace de Banach F, on a pour ; réciproquement, si pour une valeur de , f et g sont équivalentes.
Cite 4 · Cité par 2
Cite Théorème 1, IV § 2, IV § 2. Fonctions et ensembles négligeables, Proposition 6, IV § 2, IV § 6. Inégalités de convexité
Cité par § 3. Les espaces $L^p$, Proposition 1
La proposition résulte aussitôt du th. 1 du § 2, n° 3.
Si f et g sont deux applications équivalentes de X dans F, on a pour tout (, n° 3, prop. 6); ne dépend donc que de la classe de f, et l’on pose par définition . Comme les classes d’applications de X dans F forment un espace vectoriel (, n° 4), les relations (3) et (4) peuvent aussi s’écrire
On définit de même pour toute classe de fonctions numériques équivalentes (finies ou non).
On peut par suite définir pour une fonction à valeurs dans F (resp. dans ) définie presque partout dans X, en posant ; il est clair alors que les relations (3) et (4) sont encore valables (en supposant et définie presque partout, lorsqu’il s’agit de fonctions numériques, finies ou non).
Si , on pose encore , mais les inégalités (4) et (5) ne sont plus valables (cf. chap. I, exerc. 5 et chap. IV, § 6, exerc. 13).
3. Les espaces
Soient F un espace de Banach, (ou simplement ) l’espace vectoriel de toutes les applications de X dans F. Pour nous désignerons par ou , ou simplement , ou (si aucune confusion n’en résulte), l’ensemble des applications f de X dans F telles que (on écrit au lieu de ). Il est clair que . Il résulte aussitôt de la prop. 2 du n° 2 que est un sous-espace vectoriel de , et que est une semi-norme sur cet espace. Nous supposerons toujours (sauf mention expresse du contraire) que est muni de la topologie définie par cette semi-norme; nous dirons que cette topologie est la topologie de la convergence en moyenne d’ordre p (pour , on l’appelle simplement la topologie de la convergence en moyenne; pour , on dit aussi « topologie de la convergence en moyenne quadratique »). On dira qu’un filtre sur (resp. une suite d’éléments de ), qui converge vers pour cette topologie converge en moyenne d’ordre vers ; cela signifie donc que tend vers 0 suivant (resp. que tend vers 0 lorsque croît indéfiniment).
On étend aussitôt cette terminologie au cas où les fonctions et la fonction sont seulement définies presque partout (ou à valeurs dans , définies et finies presque partout).
On notera que l’espace localement convexe n’est pas séparé en général; l’adhérence de 0 dans cet espace est le sous-espace des applications négligeables de dans (n° 1, prop. 3).
Remarque
Soit un espace de Banach sur le corps des nombres complexes; alors, pour toute fonction et tout nombre complexe , appartient à , et l’on a ; en d’autres termes, est aussi un espace vectoriel sur , et une semi-norme sur cet espace vectoriel complexe (cf. Esp. vect. top., chap. II, 2e éd., § 1).
Proposition 4
Soit une base de filtre sur . On suppose qu’il existe un ensemble compact tel que, pour toute partie , toutes les applications aient leur support dans . Dans ces conditions, si converge uniformément dans vers , appartient à , et converge en moyenne d’ordre vers .
Cite 1 · Cité par 4
Cite Lemme 1, III § 1
Cité par Proposition 10, Corollaire 1, IV § 4, Proposition 3, IV § 4, Proposition 3, VI Appendix 0
Il revient au même de dire que, sur l’ensemble des applications dont le support est contenu dans un ensemble compact fixe, la topologie de la convergence uniforme est plus fine que la topologie de la convergence en moyenne d’ordre .
En effet, soit une application continue de dans , à support compact, égale à 1 dans (chap. III, § 1, n° 2, lemme 1). Pour tout , il existe tel que, pour toute application , on ait pour tout . On en déduit , d’où la proposition.
Proposition 5
L’espace localement convexe est complet.
Comme l’espace séparé associé à est un espace normé, il suffit de prouver que toute suite de Cauchy dans a une limite pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre
(Top. gén., chap. IX, § 2, n° 6, prop. 9). Par hypothèse, pour tout , il existe un entier tel que les relations entraînent . On peut donc définir par récurrence sur une suite strictement croissante d’entiers tels que l’on ait . Si nous montrons que la série de terme général est convergente en moyenne d’ordre , elle aura une somme , et sera limite de la suite dans ; sera alors valeur d’adhérence de la suite ; comme cette suite est une suite de Cauchy, elle aura pour limite et la prop. 5 sera démontrée (Top. gén., chap. II, 3e éd., § 3, n° 2, cor. 2 de la prop. 5).
La prop. 5 est donc conséquence de la proposition suivante:
Proposition 6
Soit une suite de fonctions de , telle que . Dans ces conditions, la série de terme général est absolument convergente presque partout dans . Si l’on pose aux points où la série converge, et ailleurs, la fonction appartient à et est somme de la série de terme général (pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre ); de façon précise, on a, pour tout ,
Cite 2 · Cité par 4
Cite Theorem 1 (countable convexity theorem), IV § 3, Proposition 7, IV § 2
Cité par Proposition 1, Théorème 3, Exercice 15, § 6, Théorème 1, V § 3
Considérons en effet la fonction positive (finie ou non) . D’après le th. de convexité dénombrable (n° 2, th. 1), on a ; donc est finie presque partout (§ 2, n° 3, prop. 7), ce qui signifie que la série de terme général est absolument convergente presque partout. Comme est complet, cette série est convergente presque partout, et l’on a, pour tout , , d’où
à . D’autre part, pour tout entier , on a
Les propositions 5 et 6 sont donc complètement démontrées.
4. Fonctions de puissance -ième intégrable
L’espace vectoriel (que nous noterons simplement si aucune confusion n’est à craindre), formé des applications continues et à support compact de dans , est évidemment un sous-espace de chacun des espaces vectoriels .
Définition 2
Etant donnés un espace localement compact , une mesure sur et un espace de Banach , on désigne par (ou simplement , ou ) l’adhérence, dans l’espace localement convexe , de l’espace vectoriel des applications continues et à support compact de dans . On note (ou , ou ) l’espace séparé (normé) associé à . On dit que les fonctions appartenant à sont des fonctions de puissance -ième intégrable (*).
Cite 1 · Cité par 4
Cite IV § 4. Fonctions et ensembles intégrables
Cité par Remarque 2, IV § 4. Fonctions et ensembles intégrables, Définition 13, IX § 1, V § 1. Intégrale supérieure essentielle
On a évidemment et .
On écrira et au lieu de et (ou de et lorsque cela n’entraîne pas de confusion). Si est un espace de Banach complexe, et sont munis d’une structure d’espace vectoriel topologique sur le corps (n° 3, Remarque).
Il est clair que toute fonction de , équivalente à une fonction de , appartient à . Une fonction à valeurs dans , et définie presque partout dans , est encore dite de puissance -ième intégrable si elle est équivalente à une fonction de ; de même, une fonction à valeurs dans , définie et finie presque partout
(*) La justification de cette terminologie sera donnée au § 4, n° 2.
dans X, est dite de puissance p-ième intégrable si elle est équivalente à une fonction de .
Les fonctions de (resp. de ) sont donc les fonctions de puissance p-ième intégrable qui sont définies dans X tout entier (resp. définies et finies dans X tout entier). Dans ce paragraphe et le suivant, la plupart des propositions démontrées pour les fonctions de (resp. ) s’étendent immédiatement aux fonctions de puissance p-ième intégrable qui ne sont pas partout définies (resp. qui ne sont pas partout définies et finies); nous laisserons le plus souvent au lecteur le soin de formuler et de démontrer ces résultats.
Remarque 1
Comme on l’a déjà signalé (§ 2, n° 5) les fonctions de puissance p-ième intégrable, à valeurs dans F, ne forment pas un espace vectoriel en général.
Cite 1
Remarque 2
En général, l’espace est distinct du sous-espace (§ 4, exerc. 8).
La déf. 2 donne aussitôt le critère suivant:
Cite 1
Cite Définition 2
Proposition 7
Pour qu’une fonction f appartienne à , il faut et il suffit que, pour tout , il existe une fonction g, continue et à support compact, telle que .
Cité par 3
Cité par Proposition 1, Proposition 8, Proposition 5, IV § 4
En d’autres termes, les fonctions de sont les limites de suites de fonctions continues à support compact, pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre p.
Proposition 8
Soit f une fonction numérique (finie ou non) définie presque partout; si, pour tout , il existe deux fonctions g, h de puissance p-ième intégrable, telles que presque partout et que , f est de puissance p-ième intégrable.
En effet, f est finie presque partout, et
la prop. 7 montre donc que f est de puissance p-ième intégrable.
Comme, par définition, est un sous-espace fermé de , et que ce dernier est complet (n° 3, prop. 5), on a le résultat suivant (Top. gén., chap. II, 3e éd., § 3, n° 4, prop. 8):
Théorème 2
L’espace est complet; l’espace est un espace de Banach.
Cité par 1
Cité par Proposition 14
Dans l’espace , la norme d’une classe se note encore .
On peut préciser le th. 2 de la façon suivante :
Théorème 3
Soit une suite de Cauchy dans l’espace ; il existe une suite extraite de , ayant les propriétés suivantes : 1° la série de terme général est convergente ; 2° la série de terme général est absolument convergente presque partout ; 3° si est une fonction définie dans et égale presque partout à la limite de la suite , appartient à et la suite converge en moyenne d’ordre vers ; 4° il existe une fonction semi-continue inférieurement, telle que et que, pour tout , on ait pour tout .
Cite 3 · Cité par 8
Cite Proposition 5, Proposition 6, Theorem 1 (countable convexity theorem), IV § 3
Cité par Corollaire 2, Corollaire 2, Théorème 5, Théorème 7, Exercice 9, § 4, Théorème 1, V § 3, Proposition 8, V § 6, Lemme 2, VI § 1
Comme dans la démonstration de la prop. 5 du n° 3, il suffit de définir la suite par récurrence de sorte que
les parties 2° et 3° résultent alors de la prop. 6 du n° 3 et du fait que est fermé dans . D’autre part, si est somme de la série de terme général , le th. 1 du n° 2 montre que ; par définition de , il existe donc une fonction semi-continue inférieurement telle que
ce qui achève la démonstration.
Corollaire 1
Si une suite de Cauchy dans l’espace est telle que la suite converge presque partout vers , est de puissance -ième intégrable, et la suite converge en moyenne d’ordre vers .
Cité par 2
Cité par Théorème 5, Théorème 6 (Lebesgue)
En effet, il existe une suite extraite de telle que converge presque partout vers , où est une fonction de telle que converge en moyenne d’ordre vers . Les hypothèses entraînent donc que presque partout, d’où le corollaire.
Corollaire 2
Soit un ensemble partout dense dans . Pour toute fonction , il existe une suite de fonctions de possédant les propriétés suivantes :
Cite 2
- 1° la suite converge en moyenne d’ordre vers ; 2° pour presque tout , la suite converge vers . En effet, comme l’espace est métrisable, il existe une suite de Cauchy dans formée de fonctions de et convergente en moyenne d’ordre vers (Top. gén., chap. IX, § 2, n° 6, prop. 8); il suffit d’appliquer à cette suite le th. 3.
Le cor. 2 s’applique en particulier au cas où on prend pour l’espace des fonctions continues à support compact.
Remarques. — 1) Une suite de Cauchy dans peut être telle que la suite ne soit convergente en aucun point de (exerc. 1). 2) Si appartient à , il n’est pas toujours possible de trouver une suite de fonctions continues à support compact telle que la suite converge partout dans vers une fonction égale presque partout à (§ 4, exerc. 4 c)).
5. Propriétés des fonctions de puissance p-ième intégrable
Théorème 4
Soient F et G deux espaces de Banach, u une application linéaire continue de F dans G. Pour toute fonction f , la fonction composée u f appartient à *. En effet, soit ; pour tout , il existe une fonction telle que ; comme on a
Cité par 2
Cité par Proposition 9, Théorème 1, IV § 4
Corollaire 1
Soit a' une forme linéaire continue sur F; si f , la fonction numérique (qu’on note ) appartient à *.
Corollaire 2
Etant donnés n points de F , et n fonctions numériques appartenant à , la fonction appartient à *. Cela résulte de ce que l’application de dans F est continue.
Proposition 9
Soit F un espace vectoriel de dimension n sur , et soit une base de F. Pour qu’une fonction appartienne à , il faut et il suffit que chacune des fonctions numériques appartienne à .
Cite 1
Cite Théorème 4
Cela résulte aussitôt des cor. 1 et 2 du th. 4.
Proposition 10
Dans l’espace , le sous-espace vectoriel formé des combinaisons linéaires (finies) , où et où les sont des fonctions numériques continues à support compact, est partout dense (pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre p).
Cite 2 · Cité par 2
Cite Lemme 2, III § 1, Proposition 4
Cité par Proposition 16, IX § 1, Proposition 10, VI § 2
En effet, l’ensemble des applications continues et à support compact de X dans F est partout dense dans par définition. D’autre part, toute fonction peut être approchée uniformément par des fonctions de la forme , où les sont continues et à support contenu dans un voisinage compact fixe du support de g (chap. III, § 1, n° 2, lemme 2); il en résulte (n° 3, prop. 4) que g est adhérente dans à l’ensemble des , d’où la proposition.
Proposition 11
Si une fonction appartient à , la fonction appartient à , et l’application de dans est uniformément continue (pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre p).
Cité par 6
Cité par Lemme, Proposition 12, Proposition 13, Théorème 6 (Lebesgue), Proposition 1, IV § 4, Corollaire 2, IV § 4
En effet, pour tout , il existe une fonction g continue et à support compact, telle que ; comme
Proposition 12
Pour qu’une fonction numérique appartienne à , il faut et il suffit que chacune des fonctions et appartienne à .
Cite 1
Cite Proposition 11
La condition est suffisante, puisque ; elle est nécessaire, puisque si , on a (prop. 11).
Corollaire
L’enveloppe supérieure (resp. inférieure) d’une famille finie de fonctions de appartient à .
Cité par 3
Cité par § 3. Les espaces $L^p$, Corollaire 2, Proposition 6, IV § 4
6. Ensembles filtrants dans et suites croissantes dans
Nous avons défini (§ 2, n° 6) une relation d’ordre dans l’ensemble des classes d’équivalence des fonctions numériques définies et finies presque partout dans ; muni de cette relation d’ordre et de sa structure d’espace vectoriel, est un espace de Riesz. Le cor. de la prop. 12 du n° 5 montre que, si et sont deux éléments du sous-espace de , la borne supérieure de et dans (qui est la classe de chacune des fonctions où et ) appartient à ; cela prouve en particulier que , muni de la relation d’ordre induite par celle de , est un espace de Riesz.
Proposition 13
Dans l’espace de Riesz , muni de la topologie définie par la norme , l’application est uniformément continue, et l’ensemble des éléments est fermé.
La première partie de la proposition résulte aussitôt de la prop. 11 du n° 5; comme l’ensemble des est aussi l’ensemble des tels que , il est fermé, puisque est une application continue et que est séparé.
On voit donc que, sur , la topologie définie par la norme est compatible avec la structure d’espace vectoriel ordonné de (Esp. vect. top., chap. II, 2e éd., § 2, n° 7).
Proposition 14
Soit une partie de l’espace de Riesz , formée de classes , et filtrante pour la relation . Pour que ait une borne supérieure dans , il faut et il suffit que
La condition est évidemment nécessaire, puisque est une fonction croissante dans l’ensemble des éléments de . Pour voir qu’elle est suffisante, remarquons d’abord qu’elle entraîne que l’image de par l’application a une limite dans , en vertu du th. de la limite monotone; l’image du filtre des sections de par cette application est donc une base de filtre de Cauchy dans . La démonstration sera achevée si nous montrons que lui-même est une base de filtre de Cauchy sur ; en effet, convergera alors dans , puisque est complet (n° 4, prop. 7), et la proposition résultera de Esp. vect. top., chap. II, 2e éd., § 2, n° 7, prop. 18.
Pour voir que est une base de filtre de Cauchy, nous utiliserons le lemme suivant:
En effet, lorsque et sont continues à support compact, la relation (9) s’écrit
et est alors conséquence de l’inégalité élémentaire (n° 1, formule (2)). Pour passer de là au cas général, il suffit de remarquer que les deux membres de (9) sont des fonctions continues dans , et que toute fonction de est limite (pour la convergence en moyenne d’ordre ) d’une suite de fonctions continues et à support compact, en raison de la continuité de l’application dans (prop. 11).
Ce lemme étant établi, pour tout , il existe par hypothèse un tel que, pour tout appartenant à , on ait ; on en déduit ; donc, si et sont deux éléments dans , on a , ce qui prouve que est une base de filtre de Cauchy sur , et achève la démonstration de la prop. 14.
Corollaire 1
Si est la borne supérieure de dans , on a
Cela résulte de la continuité de la norme dans , et du th. de la limite monotone.
Corollaire 2
L’espace de Riesz est complètement réticulé.
Cite 4
Cite Proposition 1, II § 1, Proposition 14, Remarque 1, IV § 1, Théorème 3
En effet, tout ensemble filtrant (pour la relation ) dans formé de classes , et majoré dans , admet une borne supérieure : car si est un majorant de dans , on a pour tout , et la prop. 14 s’applique. Cela démontre le corollaire (chap. II, § 1, n° 3, prop. 1).
Les conclusions de la prop. 14 ne subsistent plus lorsqu’on les formule pour les fonctions de , et non plus pour leurs classes. De façon précise, si est une partie de , formée de fonctions , filtrante pour la relation , et telle que , la classe de l’enveloppe supérieure de n’est pas nécessairement identique à la borne supérieure dans des classes des fonctions ; en particulier, n’est pas nécessairement de puissance -ième intégrable, et même lorsque , peut être distinct de (cf. § 1, n° 3, Remarque 1 suivant le th. 3).
On a toutefois le théorème suivant:
Théorème 5
Soit une suite croissante de fonctions de . Pour que l’enveloppe supérieure de cette suite soit de puissance -ième intégrable, il faut et il suffit que . Alors la suite converge en moyenne d’ordre vers et l’on a
Cite 3 · Cité par 3
Cite Proposition 14, Théorème 3, Corollaire 1
Cité par Corollaire 1, Corollaire 2, Proposition 4, IV § 4
La condition étant évidemment nécessaire, tout revient à prouver qu’elle est suffisante. Or, si elle est remplie, la prop. 14 montre que la suite est une suite de Cauchy dans , donc la suite est une suite de Cauchy dans ; comme tend vers pour tout , est de puissance -ième intégrable et est la limite de la suite pour la topologie de la convergence en moyenne d’ordre (n° 4, cor. 1 du th. 3). Donc tend vers puisque est une fonction continue sur .
Corollaire 1
Soit une suite décroissante de fonctions de ; l’enveloppe inférieure de cette suite appartient à , la suite converge en moyenne d’ordre vers , et l’on a
Les deux premières assertions résultent du th. 5 appliqué à la suite croissante et majorée des ; le reste est ensuite évident.
Corollaire 2
Soit une suite de fonctions de . Pour que l’enveloppe supérieure de la suite soit de puissance -ième intégrable, il faut et il suffit qu’il existe une fonction telle que et que pour tout .
La condition est évidemment nécessaire, en prenant . Inversement, supposons-la vérifiée, et posons ; la suite est croissante et formée de fonctions de puissance -ième intégrable (n° 5, cor. de la prop. 12). La suite croissante des fonctions positives satisfait aux conditions du th. 5, puisque ; l’enveloppe supérieure est donc de puissance -ième intégrable, et il en est de même de .
Corollaire 3
Soient un ensemble dénombrable, un filtre sur ayant une base dénombrable, une famille de fonctions de . On suppose qu’il existe une fonction telle que et pour tout ; alors la fonction est de puissance -ième intégrable, et l’on a
(12)
En effet, soit une base décroissante de , et posons ; comme est un ensemble dénombrable, il résulte du cor. 2 que est de puissance -ième intégrable; on a d’autre part . Cela étant, est l’enveloppe inférieure de la suite décroissante ; donc est de puissance -ième intégrable en vertu du cor. 1, et l’on a
7. Le théorème de Lebesgue
Théorème 6 (Lebesgue)
Soient un espace de Banach, une suite de fonctions de telles que : 1° la suite converge presque partout vers une limite ; 2° il existe une fonction numérique tel que et presque partout dans X, pour tout entier n. Alors la fonction f (définie presque partout) est de puissance p-ième intégrable, et la suite (f_n) converge en moyenne d’ordre p vers f.
Cite 3 · Cité par 4
Cite Proposition 11, Corollaire 3, Corollaire 1
Cité par Corollaire, Remarque 1, Lemme 1, IV § 5, Exercice 5, § 3
Considérons la suite «double» de fonctions numériques , qui appartiennent à (n° 5, prop. 11); par hypothèse, on a presque partout, et d’autre part presque partout; par application à cette suite double du cor. 3 du th. 5 du n° 6, on a
et comme , cela entraîne
autrement dit, la suite est une suite de Cauchy dans . Le théorème résulte donc du cor. 1 du th. 3 du n° 4.
Corollaire
Soit A un ensemble d’indices, filtré par un filtre ayant une base dénombrable. Si est une famille de fonctions de qui, suivant le filtre , convergent simplement presque partout vers une fonction f, et si en outre il existe une fonction numérique telle que et presque partout dans X pour tout , alors la fonction f est de puissance p-ième intégrable, et tend en moyenne d’ordre p vers f suivant le filtre .
En effet, soit une base dénombrable décroissante de , et soit un élément quelconque de ; la suite converge simplement vers f presque partout dans X, donc le th. 6 montre que f est de puissance p-ième intégrable et que .
Comme est le filtre intersection des filtres élémentaires associés à toutes les suites (Top. gén., chap. I, 3e éd., § 6, n° 8, prop. 11), existe et est égale à la limite commune 0 de toutes les suites .
Remarque 1
Le th. 6 ne subsiste pas si on remplace l’hypothèse (avec ) par l’hypothèse plus faible . Supposons par exemple que soit la mesure de Lebesgue sur ; définissons les fonctions continues de la manière suivante: pour et , , f_n étant linéaire dans les intervalles et . On a
Cite 1
Remarque 2
Le cor. du th. 6 ne subsiste pas si on ne suppose plus que le filtre ait une base dénombrable (cf. § 1, no 3, Remarque 1 suivant le th. 3).
Cite 2
Cite Remarque 1, IV § 1, Corollaire
8. Relations entre les espaces .
Pour tout nombre , l’application est définie et continue dans le complémentaire de 0 dans ; en outre, comme , cette fonction tend vers 0 avec , et on peut donc la prolonger par continuité au point 0 en lui donnant la valeur 0 en ce point, même si .
Théorème 7
Soient et deux nombres réels tels que . Si une fonction appartient à , la fonction appartient à , et réciproquement.
Cite 1
Cite Théorème 3
Par hypothèse, il existe une suite de fonctions continues à support compact telles que et presque partout (no 4, th. 3). Posons
On peut montrer que l’application est un homéomorphisme de sur (§ 6, exerc. 10).
Corollaire 1
Pour qu’une fonction appartienne à , il faut et il suffit que la fonction appartienne à .
Cité par 1
Cité par Corollaire 1, IV § 4
Corollaire 2
Pour qu’une fonction numérique positive appartienne à , il faut et il suffit que appartienne à .
On notera que si est une fonction numérique de signe quelconque telle que appartienne à , n’appartient pas nécessairement à (cf. § 4, exerc. 8).
Exercices
See the exercises for § 3.