Math'φsics

Menu
  • Acceuil
  • Maths
  • Physique
    • Maths
    • Physique
  • Convergence étroite

    Formulaire de report


    Convergence étroite \(\mu_n\overset{(e)}\longrightarrow \mu\)
    Pour toute fonction continue bornée, la valeur de son intégrale selon \(\mu_n\) tend vers la valeur de son intégrale selon \(\mu\). $$\forall\varphi\in\mathcal C_b({\Bbb R}^d),\quad\int\varphi\,d\mu_n{\underset{n\to+\infty}\longrightarrow}\int\varphi\,d\mu$$
    • on peut remplacer \(\mathcal C_b({\Bbb R}^d)\) par \(\mathcal C_c({\Bbb R}^d)\) ou \(H\), avec \(H\subset\mathcal C_b({\Bbb R}^d)\) dense dans \(\mathcal C_c({\Bbb R}^d)\) pour \(\lVert\cdot\rVert_\infty\)
    • caractérisations (théorème du porte-manteau) :
            
      1. \(\forall O\in{\Bbb R}^d\) Ouvert, \(\varliminf_n\mu_n(O)\geqslant\mu(O)\)

        
  • \(\forall F\in{\Bbb R}^d\) Fermé, \(\varlimsup_n\mu_n(F)\leqslant\mu(F)\)
  •     
  • \(\forall B\in{\Bbb R}^d\) borélien tq \(\mu(\partial B)=0\), on a \(\mu_n(B){\underset{n\to+\infty}\longrightarrow}\mu(B)\)
    • métrisable pour la distance \(d(\mu,\nu)=\) \(\sum_{p=0}^{+\infty}\lvert\int\varphi_p\,d\mu-\int\varphi_p\,d\nu\rvert\land2^{-p}\), avec \((\varphi_p)_p\) dénombrable


    Questions de cours

    START
    Ω Basique (+inversé optionnel)
    Recto: Traduire la caractérisation 1 du théorème du porte-manteau pour la convergence en loi.
    Verso: $$\forall O\in{\Bbb R}^d\text{ ouvert}, \varliminf_{n\to+\infty}{\Bbb P}(X_n\in O)\geqslant{\Bbb P}(X\in O)$$
    Bonus:
    Carte inversée ?:
    END
    START
    Ω Basique (+inversé optionnel)
    Recto: Traduire la caractérisation 2 du théorème du porte-manteau pour la convergence en loi.
    Verso: $$\forall F\in{\Bbb R}^d\text{ fermé}, \varlimsup_{n\to+\infty}{\Bbb P}(X_n\in F)\leqslant{\Bbb P}(X\in F)$$
    Bonus:
    Carte inversée ?:
    END
    START
    Ω Basique (+inversé optionnel)
    Recto: Traduire la caractérisation 3 du théorème du porte-manteau pour la convergence en loi.
    Verso: $$\forall B\in{\Bbb R}^d\text{ borélien},\quad{\Bbb P}(X\in\partial B)=0\implies{\Bbb P}(X_n\in B){\underset{n\to+\infty}\longrightarrow}{\Bbb P}(X\in B)$$
    Bonus:
    Carte inversée ?:
    END
    Démontrer \((i)\implies(ii)\) :

    On approche l'indicatrice de \(O\) par une suite croissante de fonctions continues.

    La mesure \(\mu_n(O)\) est donc plus grande que l'intégrale de \(\varphi_p\) selon \(\mu_n\), qui converge par convergence étroite.

    C'est vrai \(\forall n\), donc on peut passer à la \(\varliminf\).

    C'est vrai \(\forall p\), donc on peut passer au \(\sup\).

    On conclut par TCD.


    START
    Ω Basique (+inversé optionnel)
    Recto: Soit \(O\) ouvert.
    Donner une suite croissante de fonctions continues qui convergence ponctuellement vers l'indicatrice de \(O\).
    Verso: $$\varphi_n:x\mapsto nd(x,O^c)\land 1$$
    Bonus:
    Carte inversée ?:
    END
    Démontrer \((ii)\iff(iii)\) :

    Il suffit de passer au complémentaire pour passer d'une ligne à l'autre.


    Démontrer \((ii),(iii)\implies(iv)\) :

    Puisque la mesure de la Frontière est nulle, la mesure du borélien, de son Intérieur et de son Adhérence coïncident.

    On peut alors encadrer \(\mu(B)\) par \(\mu(\mathring B)\) et \(\mu(\overline B)\) en utilisant les hypothèses.

    On a \(\varliminf\geqslant\varlimsup\), ce qui nous permet de conclure.<<


    Démontrer \((iv)\implies(i)\) :

    On veut montrer qu'on a la convergence pour \(0\leqslant\varphi\leqslant1\).

    On réécrit l'intégrale de \(\varphi\) via l'indicatrice \(\Bbb 1_{\varphi(x)\geqslant t}\), en faisant apparaître une autre intégrale.

    Avec Théorème de Fubini-Tonelli, on remplace par une intégrale sur \([0,1]\) de la mesure d'un ensemble qui dépend de \(t\).

    On nomme cet ensemble, donc on peut majorer la mesure de la frontière en trouvant un sur-ensemble.

    Ce sur-ensemble est de mesure nulle, sauf pour un nombre au plus dénombrable de \(t\), ce qui nous donne la convergence des mesures sur cet ensemble (en virant les \(t\) gênants).

    On a donc bien la convergence des intégrales par TCD.


    Démontrer \((ii)\implies(i)\) :

    On pose une suite croissante de \(\mathcal C_c\) qui approche \(1\).

    On peut alors forcer une \(\ne\!\!\!\triangle\) avec \(\int\varphi\psi_p\,\mu_n\) et \(\int\varphi\psi_p\,d\mu\).

    Chaque partie peut être majorée en utilisant le fait que \(\varphi\) est bornée et que \(\varphi_p\uparrow1\), ce qui nous permet de conclure.



  • Rétroliens :
    • Convergence en loi