Soit la suite de fonctions définies sur l'intervalle par la relation de récurrence suivante :
Démontrer que la série de fonctions converge normalement sur .
Commencer par étudier les variations de la fonction sur pour déterminer son image.
Chercher une majoration de la norme infinie de sur un intervalle plus restreint que , par exemple sur l'image de .
En déduire une majoration de en fonction de .
Étude de l'image de l'argument pour restreindre le domaine d'étude.
Utilisation d'une suite géométrique majorante pour prouver la convergence normale.
Inégalité de la moyenne sur l'intégrale.
Résolution.
Considérons la fonction définie sur par . Il s'agit d'un polynôme du second degré dont le maximum est atteint en .
On calcule . Comme et , et que est continue, l'image de l'intervalle par est :
Posons, pour tout , .
Étape 1 : Majoration sur .
Soit et . On a par définition :
Puisque , pour tout , on a . D'après l'étude de , on sait que si , alors (car est croissante sur et ).
Ainsi, pour tout . On en déduit :
En passant au supremum sur , on obtient la relation de récurrence :
Par une récurrence immédiate, comme , nous avons :
Étape 2 : Majoration sur .
Soit maintenant . On a :
Pour tout , on sait que . Par conséquent, d'après la définition de .
Il vient alors :
En utilisant le résultat de l'étape 1, on obtient pour tout :
Ceci montre que la norme infinie de sur est majorée par le terme général d'une série géométrique convergente :
La série numérique converge, donc par comparaison, la série de fonctions converge normalement sur .
Vouloir majorer brutalement sur [0,1] sans utiliser la restriction de l'image de l'argument.
Utiliser la stabilité d'un sous-intervalle pour obtenir un facteur de contraction dans les définitions récursives.