Soit l'espace vectoriel des fonctions continues et bornées sur à valeurs complexes, muni de la norme de la convergence uniforme .
On considère deux réels et tels que . On définit l'application sur par :
Pour la question 1, utiliser l'inégalité triangulaire pour montrer que est bornée et justifier la linéarité.
Pour la question 2, introduire l'opérateur de composition et reconnaître une structure de série de Neumann .
Justifier la convergence normale de la série de fonctions obtenue pour définir .
Utilisation de l'algèbre des endomorphismes d'un espace de Banach.
Série de Neumann pour l'inversion d'opérateurs de la forme .
Convergence normale dans l'espace des fonctions bornées.
Résolution.
Soit . La fonction est la composée de deux fonctions continues ( et ), elle est donc continue sur . Comme est bornée, l'est aussi, et par combinaison linéaire, est continue et bornée. Ainsi, est une application de dans . La linéarité de découle immédiatement de la linéarité de la composition et de la soustraction des fonctions. Pour la continuité, observons que pour tout :
Considérons l'opérateur linéaire défini par . On remarque que . L'opérateur est clairement linéaire et . On en déduit que est un endomorphisme continu de norme . Puisque , nous avons :
Oublier de justifier que la fonction obtenue par la série est bien dans l'espace de départ (continuité et bornée).
L'inversibilité des opérateurs proches de l'identité par la série de Neumann.