Soit une fonction continue.
Démontrer qu'il existe une suite de fonctions polynomiales qui converge uniformément vers sur et qui est croissante, c'est-à-dire que :
Commencer par utiliser le théorème de Weierstrass pour obtenir une suite de polynômes convergeant uniformément vers .
Modifier la suite en retranchant des constantes bien choisies pour forcer la monotonie.
On pourra poser avec une suite de réels judicieusement choisie.
Théorème d'approximation de Weierstrass.
Contrôle de l'écart entre deux termes consécutifs d'une suite convergente.
Construction par décalage pour assurer la monotonie.
Résolution.
D'après le théorème de Weierstrass, pour tout , il existe un polynôme tel que :
Nous souhaitons construire sous la forme où est une constante positive telle que converge vers et . Posons . Alors :
D'où . La convergence uniforme est donc assurée. Étudions maintenant la monotonie. Pour tout :
Simplifions le terme constant : . On a alors :
Majorons en utilisant l'inégalité triangulaire avec :
Il vient alors :
Ainsi, pour tout :
La suite est donc strictement croissante et converge uniformément vers sur .
Vouloir utiliser des fonctions min/max qui ne sont pas des polynômes.
Forcer la monotonie par un décalage epsilon_n dominant l'erreur d'approximation.