Soit une fonction continue, où désigne ou .
Montrer qu'il existe une suite de fonctions polynomiales à coefficients dans qui converge vers uniformément sur tout segment de .
Utiliser le théorème de Weierstrass classique sur une suite de segments emboîtés, par exemple .
Construire la suite en contrôlant l'erreur d'approximation sur chaque segment.
Pour le cas complexe, séparer les parties réelle et imaginaire ou appliquer le théorème directement sur .
Utilisation du théorème de Weierstrass sur un segment.
Définition de la convergence uniforme sur tout compact (ou convergence locale).
Extension du cas réel au cas complexe par linéarité.
Résolution.
Considérons d'abord le cas où est à valeurs réelles ().
Pour chaque entier naturel , on considère la restriction de au segment . Puisque est continue sur , sa restriction à est continue sur le segment .
D'après le théorème d'approximation de Weierstrass, pour tout , il existe un polynôme réalisant une approximation uniforme de sur ce segment. En particulier, pour , il existe un polynôme tel que :
Montrons que cette suite convient. Soit un segment quelconque de . Par propriété des segments, il existe un entier tel que .
Pour tout , on a l'inclusion , ce qui implique :
D'après la construction de , nous en déduisons :
Puisque la suite converge vers , on en conclut que la suite converge uniformément vers sur le segment . Ceci étant vrai pour tout segment , la suite converge uniformément sur tout segment de .
Cas complexe : Si , on peut écrire avec continues et réelles. Il existe et suites de polynômes réels convergeant uniformément vers et sur tout segment. Alors convient.
Ne pas confondre convergence uniforme sur tout segment et convergence uniforme sur R.
La convergence uniforme locale s'obtient par Weierstrass sur des segments croissants.