SlideShare une entreprise Scribd logo
1  sur  13
Télécharger pour lire hors ligne
Intégrations sur des espaces produits
Sabi Nidal
29 août 2014
Résumé : dans le cas particulier de X = R
On a déjà introduit la mesure de Lebesgue sur la tribu des boréliens de R (notée B(R)), ce
qui nous a permis d'exprimer la notion de longueur d'une partie (borélienne) de R. On peut se
poser la question de savoir s'il existe une mesure sur une tribu convenable de R2
qui exprimerait
la notion de surface (et une mesure sur une tribu convenable de R3
qui exprimerait la notion
de volume).
1 Espace produit
Dénition 1.1. Le produit cartésien de deux ensembles A et B noté A × B est l'ensemble des
couples (x, y) avec x ∈ A et b ∈ B :
A × B = {(x, y)|x ∈ A, y ∈ B}
Dans le cas de deux espaces mesurables (X1, A1) et (X2, A2), on considère l'espace produit
X1 × X2 = {(x, y)|x ∈ X1, y ∈ X2}
Le but de chapitre est de dénir une tribu sur ce produit.
2 Produit d'espaces mesurables
Étant donné deux espaces mesurables, on veut dénir une tribu sur le produit cartésien de
ces espaces.
Dénition 2.1.
Soient (X1, A1) et (X2, A2) deux espaces mesurables. On munit le produit X1 × X2 de la tribu
produit A1 ⊗ A2 dénie par :
A1 ⊗ A2 = σ(A1 × A2 | A1 ∈ A1, A2 ∈ A2)
1
2 PRODUIT D'ESPACES MESURABLES 2
Donc A1 ⊗ A2 est engendré par A1 × A2, qui n'est toujours pas une tribu. Et on note
(X1 × X2, A1 ⊗ A2) l'espace mesurable produit.
Remarque 2.1.
On peut généraliser cette dénition au cas du produits d'un nombre ni quelconque de tribus.
Proposition 2.1.
La tribu A1 ⊗ A2 est la plus petite tribu sur X1 × X2 qui rende mesurable les deux projections
canoniques.
Démonstration.
Soient p1 : X1 × X2 → X1 et p2 : X1 × X2 → X2 les deux projections canoniques. Soit A une
tribu sur X1 × X2 qui rend p1 et p2 mesurables, alors :
∀A1 ∈ A1, ∀A2 ∈ A2, p−1
1 (A1) = A1 × X2 p−1
2 (A2) = X1 × A2
Comme p−1
1 (A1) ∈ A et p−1
2 (A2) ∈ A alors,
A1 × A2 = (A1 × X2) (X1 × A2) ∈ A
et par suite A1 ⊗ A2 ⊂ A.
Proposition 2.2. Soient (X1, A1) , (X2, A2) et (X, A) des espaces mesurables, et soit
f = (f1, f2) une application de X dans X1 × X2 alors on a :
f : (X, A) → (X1 × X2, A1 ⊗ A2) est mesurable si et seulement si fi : (X, A) → (Xi, Ai) est
mesurable pour i = 1, 2.
Démonstration. Supposons que f est mesurable. fi = f ◦ pi or pi est mesurable sur A1 ⊗ A2,
donc fi est mesurable par composition.
Réciproquement, si f1 et f2 sont mesurables, alors pour tout A1 ∈ A1, A2 ∈ A2 on a :
f−1
1 (A1) ∈ A, f−1
2 (A2) ∈ A, donc f−1
1 (A1) f−1
2 (A2) ∈ A.
Et on sait que f−1
(A1×A2) = f−1
1 (A1) f−1
2 (A2) ce qui permet de conclure que f est mesurable.
Théorème 2.1. Soit (Xi, Ai) un espace mesurable et Ei ⊂ A vériant :
1. Ai = σ(Ei)
2. il existe une suite (Ai,n)n≥1 de Ei vériant ( ∞
n=1 Ai,n) = Xi. Ceci pour i = 1, 2.
Alors : A1 ⊗ A2 = σ(E1 × E2)
Démonstration. Considérons B = σ(E1 ×E2) (c'est une tribu sur X1 ×X2) et montrons la double
inclusion.
On a : E1 × E2 ⊂ A1 × A2 donc σ(E1 × E2) ⊂ σ(A1 × A2). Ainsi B ⊂ A1 ⊗ A2.
Pour l'autre inclusion, on pose :
B∗
= {B1 ; B1 ⊂ X1, {B1} × E2 ⊂ B}
2 PRODUIT D'ESPACES MESURABLES 3
De l'inclusion E1 × E2 ⊂ B on déduit E1 ⊂ B∗
.
D'autre part B∗
est une tribu sur X1 :
• On a ∅ ∈ B, donc {∅} × E2 = {∅} ⊂ B i.e ∅ ∈ B∗
.
• Soit B1 ∈ B∗
. Alors d'après (2) :
B1 × X2 = B1 ×
∞
n=1
A2,n =
∞
n=1
(B1 × A2,n) ∈ B
De même pour A2 ∈ E2
X1 × A2 = (
∞
n=1
A1,n) × B2 =
∞
n=1
(A1,n × A2) ∈ B
Il en résulte :
(X1B1) × A2 = ((X1B1) × X2) (X1 × A2)
= ((X1 × X1)(B1 × X2) (X1 × A2) ∈ B
Ce qui prouve que X1
B1
∈ B∗
.
Soient (B(1,n))n≥1 une suite de B∗
, tout A2 ∈ E2 vérie :
(
∞
n=1
B1,n) × A2 =
∞
n=1
(B1,n × A2) ∈ B.
Ce qui ce veut dire que ∞
n=1 B1,n ∈ B∗
.
D'après (1) : A1 = σ(E1) ⊂ B∗
, c'est à dire A1 × E2 ⊂ B.
Finalement, à l'aide des hypothèses (1) et (2), nous avons obtenu :
E1 × E2 ⊂ B =⇒ A1 × A2 ⊂ B
A présent nous seront intéresser par des espaces topologiques. Soient (X1, O1) et (X2, O2)
deux espaces topologiques, on cherche à dénir sur X1 × X2 une tribu associée à la topologie
produit. Nous pourrons procéder par deux méthodes :
- Soit on muni X1 ×X2 de sa topologie produit O1 ⊗O2 et nous considérons la tribu borélienne
B(X1 × X2).
-Ou bien sur chaque espace Xi on prend la tribu borélienne B(Xi) correspondante et on associant
leurs produits à X1 × X2.
A ce niveau on se pose la question de savoir si les deux tribus B(X1 × X2) et B(X1) ⊗ B(X2)
coïncident.
Remarque 2.2. La topologie O1 ⊗ O2 est la topologie la moins ne sur X1 × X2 qui rend les
projections canoniques continues.
3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 4
Propriété 2.1. Soit (X, O) un espace topologique à base dénombrable O∗
. Alors :
AX = σ(O∗
)
Ainsi (X, AX) est un espace mesuré.
Proposition 2.3. Soient X1 et X2 deux espaces topologiques, muni de leur tribu borélienne.
Alors :
1.
B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2)
2. Si de plus X1 et X2 sont des espaces métriques alors on a :
B(X1) ⊗ B(X2) = B(X1 × X2)
Démonstration. (1). On munit X1×2 de la topologie produit. Alors les projections p1 et p2
sont continues, donc mesurables pour les tribus boréliennes, donc d'après (proposition 2.1)
B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2).
(2)Supposons X1 et X2 deux espaces métriques qui sont séparables, donc ils contiennent des
bases dénombrables d'ouverts U = {Un} et V = {Vn}.1
Ils s'ensuit que la famille W = {Un ×
Vm|n, m ∈ N} est une base dénombrable de X1 ×X2,2
ainsi chaque ouvert de X1 ×X2 appartient
à la tribu B(X1) ⊗ B(X2) et on a B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2). Le (1) permet de conclure.
Corollaire 2.1 (La tribu borélienne sur Rd
).
B(R) ⊗ · · · ⊗ B(R)
d fois
= B(Rd
)
Exercice 2.1.
Rédigé une démonstration.
3 Théorème d'unicité pour les mesures
Nous avons montré que sur deux espaces mesurés on peut dénir une tribu produit, la
questionne qui se pose naturellement qu'elles sont les conditions susantes pour que les deux
mesures coïncident partout sur la nouvelle tribu. Pour cela introduisant une nouvelle structure
ensembliste.
1. Comme exemple si on prend une suite (xk)k∈N dense dans X1 on peut prendre pour U l'ensemble des
boules ouverts de rayon rationnel.
2. Si O ⊂ X1 × X2 est ouvert, et si z = (x, y) ∈ O, alors il existe (O1, O2) ∈ X1 × X2 un couple d'ouverts
avec z ∈ O1 × O2 tel que O ⊂ O1 × O2 ⊂ O
3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 5
3.1 Classe de DYNKIN
Dénition 3.1. Soit E un ensemble et soit D une partie de E. On dit que D est une classe
de DYNKIN sur E si :
1. E ∈ D ;
2. ∀C, D ∈ D, tel que C ⊂ D =⇒ DC ∈ D ;
3. (Dn)x≥1 suite d'éléments de D disjointe =⇒ ∞
n=1 Dn ∈ D.
Propriété 3.1. Tout sous-ensemble E de E est contenu dans une plus petite classe de DYNKIN
sur E appelée classe de DYNKIN engendrée par E et notée δE(E).
Remarque 3.1. Toute tribu sur E est une classe de DYNKIN sur E. Il en découle que, pour
tout E ⊂ P(E) : δE(E) ⊂ σE(E).
Théorème 3.1. Une condition nécessaire et susante pour qu'une classe de DYNKIN sur un
ensemble E soit une tribu, c'est que la classe soit stable par intersections nies.
Démonstration. Puisque une tribu est stable par réunion, intersection et diérences alors la
condition est évidemment nécessaire.
(1) et (2) nous assure que ∅ ∈ D et clairement que E ∈ D.
Si la suite (Dn)n∈N est telle que D1 = C, D2 = D et Dn = ∅ pour n ≥ 3, et si D est une classe
de DYNKIN, on obtient par (3) :
(C, D ∈ D, C ∩ D = ∅) =⇒ C ∪ D =
∞
n=1
Dn ∈ D (3.1)
Alors, Comme D est supposé stable par intersections nies, de (3.1) et de (2) on déduit que :
∀C, D ∈ D, C ∪ D = (C(C ∩ D)) ∪ D ∈ D (3.2)
Considérons maintenant une suite (Dn)n≥1 quelconque de D et posons : En = n
k=1 Dk et
Fn = En+1En pour tout n ≥ 1, et F0 = D1.
D'après (3.2), (En)n≥1 est une suite de D et cette suite est croissante. Il résulte alors de (2) que
(Fn)n≥0 est une suite disjointe de D, donc par (3) on obtient :
∞
n=1
Dn =
∞
n=1
Fn ∈ D
Lemme 3.1. (admis)
Soit E un ensemble et E une partie de E. Alors, si E est stable par intersections nies, on a
δE(E) = σ(E).
Théorème 3.2 (Unicité pour les mesures).
Soit un espace mesurable (E, A) et E ⊂ P(E) vériant :
3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 6
1. E est stable par intersections nies ;
2. σ(E) = A ;
Si m1 et m2 deux mesures sur A telles que :
3. ∀A ∈ E, m1(A) = m2(A) ;
4. il existe une suite croissante (An)n≥1 d'élément de E vériant :
 ∞
n=1 An = E ;
 ∀n ≥ 1, m1(An) = m2(An)  +∞
Alors : m1 = m2.
Démonstration.
On considère DA = {B; B ∈ A, m1(A ∩ B) = m2(A ∩ B)}.
L'idée est de montrer que DA est une classe de DYNKIN, qui contient A. Donc en montrant
que pour tout B ∈ A on a m1(B) = m2(B) on termine la démonstration.
DA est bien dénie car pour A ∈ E tel que m1(A) = m2(A)  +∞ on a bien m1(A ∩ B) =
m2(A ∩ B).
Comme A est une tribu, E ∈ DA.
Si B, C ∈ DA tel que C ⊂ D
m1(A ∩ (CB)) = m1((A ∩ C)(A ∩ B))
= m1(A ∩ C) − m1(A ∩ B)
= m2(A ∩ C) − m2(A ∩ B)
= m2((A ∩ C)(A ∩ B))
Ainsi CB ∈ DA.
Soient (Dn)n≥1 une suite disjointe de DA, on a d'après les propriétés de mesure :
m1(A ∩
∞
n=1
Dn) = m1(
∞
n=1
(A ∩ Dn))
=
∞
n=1
m1(A ∩ Dn)
=
∞
n=1
m2(A ∩ Dn)
= m2(
∞
n=1
(A ∩ Dn))
= m2(A ∩
∞
n=1
Dn)
Ce qui assure que ∞
n=1 Dn ∈ DA. Ainsi DA est une classe de DYNKIN.
Comme E ⊂ DA.
4 PRODUIT DE MESURES 7
Donc d'après le lemme 3.1, (1) et (2) on pourrais écrire
A = σ(E) = δE(E) ⊂ DA
Ceci est vrai pour tout A ∈ E tel que m1(A) = m2(A)  +∞.
Ce qui équivaut à dire que l'égalité m1(A ∩ B) = m2(A ∩ B) est valable pour tout B ∈ A et
tout A ∈ E vériant m1(A) = m2(A)  +∞. Alors, en faisant intervenir une suite (An)n≥1 de
E telle qu'en (4), donc pour tout B ∈ A :
m1(B) = m1(E ∩ B) = m1((
∞
n=1
An) ∩ B) = m1(
∞
n=1
(An ∩ B)) = sup
n≥1
m1(An ∩ B)
= sup
n≥1
m2(An ∩ B)
= m2(
∞
n=1
(An ∩ B))
= m2((
∞
n=1
An) ∩ B = m2(B)
4 PRODUIT DE MESURES
Notations :
Soient X1, X2 deux ensembles quelconques. Et soient (x1, x2) ∈ X1 × X2 et A ⊂ X1 × X2. On
pose :
A(•, x2) = {y1 ∈ X1, (y1, x2) ∈ A}
A(x1, •) = {y2 ∈ X2, (x1, y2) ∈ A}
Lemme 4.1. Soit (X1, A1) et (X2, A2) deux espaces mesurables, B ∈ A1 ⊗ A2. Alors :
∀x2 ∈ X2, B(•, x2) ∈ A1 et ∀x1 ∈ X1, B(x1, •) ∈ A2
Démonstration.
Pour x2 ∈ X2 xé, On pose B = {A; A ⊂ X1 ×X2, A(•, x2) ∈ A1}. C'est une tribu sur X1 ×X2.
Si (A1 × A2) ∈ A1 × A2 on a alors :
(A1 × A2)(•, x2) = B11B2
En plus (A1 × A2)(•, x2) ∈ A1, ce qui veut dire que A1 × A2 ⊂ B.
Ainsi
A1 ⊗ A2 = σ(A1 ⊗ A2) ⊂ B
4 PRODUIT DE MESURES 8
Lemme 4.2. Soit (Xi, Ai, mi) un espace mesuré (mi est σ−nie),i = 1, 2. Alors, pour tout
B ∈ A1 ⊗ A2, les fonctions fB,i : Xi → R+ ∪ {+∞} dénie par :
∀x1 ∈ X1, fB,1(x1) = m2(B(x1, •)), ∀x2 ∈ X2, fB,2(x2) = m1(B(•, x2)),
sont respectivement A1−mesurable et A2−mesurable.
Démonstration.
Les fonctions fB,i sont bien dénies en vertu du lemme précédent.
On considère B = {A; A ∈ A1 ⊗ A2, fA,1 A1 − mesurable}, et supposons que m2 est nie.
Soit (B1 × B2) ∈ (A1, A2), fB1×B2,1 est dénie pour tout x1 ∈ X1 par :
fB1×B2,1(x1) = m2((B1 × B2)(x1, •)) = m2(B2)1B1
Donc c'est une fonction A1−mesurable. Ainsi A1 × A2 ⊂ B (1).
Un calcul astucieux permet de montrer que B est une classe de DYNKIN sur X1 × X2 (2).
De (1), (2) et du lemme 3.1 on peut dire que :
B ⊂ A1 ⊗ A2 = σ(A1 × A2) = δ(A1 × A2) ⊂ B.
Si bien que B = A1 ⊗ A2.
Donc sous l'hypothèse que m2 est nie on a fB,1 est A1−mesurable.
Si on est dans le cas où m2 est seulement supposé σ−nie, il existe donc une suite croissante
(B2,n)n≥1 d'éléments de A2 telle que :
∞
n=1 B2,n = X2 et m2(B2,n)  +∞
On vérie aisément que pour chaque n ≥ 1, on dénie une mesure nie m2,n sur A2 dénie par :
∀B2 ∈ A2, m2,n(B2) = m2(B2 ∩ B2,n).
Alors en récapitulant, on a pour chaque B ∈ A1 ⊗ A2, la fonction fB,1,n : X1 → R+ qui à tout
x1 ∈ X1 associe fB,1,n(x1) = m2,n(B(x1, •)), est A1−mesurable. Mais, pour chaque x1 ∈ X1, on
a :
fB,1(x1) = m2(B(x1, •)) = m2(
∞
n=1
(B(x1, •) ∩ B2,n))
= sup
n≥1
m2(B(x1, •) ∩ B2,n) = sup
n≥1
m2,n(B(x1, •)) = sup
n≥1
fB,n,1(x1).
Donc fB,1 est A1−mesurable.1
De façon analogue on montre que fB,2 est A2−mesurable.
1. La borne supérieure d'une fonction mesurable est aussi mesurable.
4 PRODUIT DE MESURES 9
Nous pouvons maintenant aborder la démonstration du théorème qui introduit le produit de
deux mesures. Cette notion est simplement inspiré du cas ou la mesure bidimensionnelle (l'aire)
d'un rectangle est le produit des mesures unidimensionnels (de sa largeur et de sa longueur), soit
tel que la mesure produit d'un produit cartésien, soit égale au produit des mesures de chacun
des deux côtés. Nous avons voir que si les mesures sont σ−nies, alors la mesure produit est
bien déterminée.
Théorème 4.1 (Produit de deux mesures σ−nies). Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux
espaces mesurés où m1 et m2 sont σ−nies. Alors :
1. il existe une unique mesure π sur A1 ⊗ A2 telle que :
∀(B1, B2) ∈ A1 × A2, π(B1 × B2) = m1(B1).m2(B2)
2. la mesure π est dénie pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 par :
π(B) =
∗
E1
m2(B(x1, •))d(m1(x1)) =
∗
E2
m1(B(•, x2))d(m2(x2));
3. la mesure π est σ−nie.
Démonstration. (Repose sur le théorème 3.2 )
Considérons sur A1 ⊗A2 deux mesures π1 et π2 possédant la propriété indiquée en (1). Pour
la démonstration il sut de vérier que les hypothèses du théorème 3.2 sont réalisées pour :
X = X1 × X2, B = A1 ⊗ A2, E = A1 × A2, m1 = π1 et m2 = π2.
La vérication est immédiate pour (1), (2) et (3).
Pour chaque i = 1, 2, et puisque mi est σ−nie, il existe une suite croissante (Bi,n)n≥1 de Ai
telle que :
∞
n=1 Bi,n = Xi mi(Bi,n)  +∞ pour tout n ≥ 1
Alors, (B1,n × B2,n)n≥1 est une suite croissante de A1 × A2 telle que :
∞
n=1(B1,n × B2,n) = X1 × X2
et,
∀n ≥ 1, π1(B1,n × B2,n) = π2(B1,n × B2,n) = m1(B1,n)m2(B2,n)  +∞
Donc l'hypothèse (4) est vériée, ce qui permet de conclure que π1 = π2.
Ainsi cette démonstration nous assure que si la mesure existe elle est unique est forcément
σ−nie, ce qui établie le (3) du théorème.
Pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 posons :
π(B) =
∗
X1
m2(B(x1, •))dm1(x1) =
∗
X1
fB,1dm1,
Montrons que π : A1 ⊗ A2 → R+ est une mesure sur A1 ⊗ A2.
Comme ∅(x1, •) = ∅ alors π(∅) = 0.
Soient (Bn)n≥1 est une suite de A1 ⊗ A2 disjointe, on a : f ∞
n=1
Bn,1 = ∞
n=1 fBn,1, donc on peut
écrire :
5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 10
π( ∞
n=1 Bn) =
∗
X1
∞
n=1 fBn,1dm1
2
= ∞
n=1
∗
X1
fBn,1dm1 = ∞
n=1 π(Bn).
Donc la fonction π est bien une mesure qui vérie en plus :
π(B1 × B2) =
∗
X1
m2((B1 × B2)(x1, •))dm1(x1) =
∗
X1
m2(B2)1B1 dm1
= m2(B2)m1(B1)
Donc (1) est prouvé.
Enn, en posant pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 :
π∗
(B) =
∗
X2
m1(B(•, x2))dm2(x2),
Ce qui nous assure que π est bien une mesure sur A1 ⊗ A2. celle ci en plus qu'elle est unique
vérie la propriété (2).
Dénition 4.1. Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux espaces mesurés où les mesures sont
σ−nie. L'unique mesure π sur A1 ⊗ A2 vériant :
∀(B1, B2) ∈ A1 × A2, π(B1 × B2) = m1(B1)m2(B2)
est appelée mesure produit est notée m1 ⊗ m2.
Remarque 4.1. D'après le théorème précédent, la valeur prise en chaque B de A1 ⊗ A2 par la
mesure produit, est donnée par les formules :
(m1 ⊗ m2)(B) =
∗
X1
m2(B(x1, •))dm1(x1) =
∗
X2
m1(B(•, x2))dm2(x2)
Remarque 4.2. Le produit des mesures n'est pas commutatif. Comme contre exemple, si on
prend sur la borélienne de R la mesure de BOREL β et la mesure de DIRAC à l'origine δ0, et
en calculant la mesure produit sur le pavé P = [1, 2] × [−1, 1]. On trouve :
(β ⊗ δ0)(P) = β([1, 2]).δ0([−1, 1]) = 1.
(δ0 ⊗ β)(P) = δ0([1, 2]).β([−1, 1]) = 0.
Remarque 4.3. En remarquant que le produit cartésiens est associatif donc le produit des
mesures le sera aussi on peut alors généraliser la notion de produits de mesures σ−nie au
produit ni quelconque de telles mesures.
5 Intégration par rapport à une mesure produit
Théorème 5.1 (FUBINI pour les fonctions mesurables positives). Soient (X1, A1, m1) et
(X2, A2, m2) deux espaces mesurés où les mesures sont σ−nie, et soit f ∈ M(X1 × X2, A1 ⊗
A2, R+). Alors :
2. Une conséquence du théorème de Beppo levi
5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 11
1.
∀x1 ∈ X1, f(x1, •) ∈ M(X2, A2, R+);
∀x2 ∈ X2, f(•, x2) ∈ M(X1, A1, R+);
2.
[x1 →
∗
E2
f(x1, •)dm2] ∈ M(X1, A1, R+)
[x2 →
∗
E1
f(•, x2)dm1] ∈ M(X2, A2, R+)
3. ∗
X1×X2
fd(m1 ⊗ m2) =
∗
X1
(
∗
X2
f(x1, •)dm2)dm1(x1))
Théorème 5.2 (FUBINI pour les fonctions intégrables). Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2)
deux espaces mesurés où les mesures sont σ−nie, et soit f ∈ 1
(X1 × X2, A1 ⊗ A2, m1 ⊗ m2).
Alors :
1.
f(x1, •) ∈ 1
(X2, A2, m2) m1 − p.p;
f(•, x2) ∈ 1
(X1, A1, m1) m2 − p.p;
2.
[x1 →
∗
E2
f(x1, •)dm2] ∈ 1
(X1, A1, m1)
,
[x2 →
∗
E1
f(•, x2)dm1] ∈ 1
(X2, A2, m2)
3.
X1×X2
fd(m1 ⊗ m2) =
X1
(
X2
f(x1, •)dm2)dm1(x1))
5.1 Interprétation
Nous allons voir sur un exemple pourquoi il est nécessaire d'avoir deux théorèmes de Fubini,
et l'importance de l'hypothèse d'intégrabilité de la fonction que l'on veut intégrer dans le
théorème de Fubini- Lebesgue.
Exemple 5.1.
Soit X =]0, +∞[ muni de la tribu de Borel et de la mesure de Lebesgue (dx), soit f : X×X → R
la fonction dénies par :
f(x, y) =
exp(−y)sin(xy)
x
√
1 + x2
5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 12
Montrer que f est intégrable et calculer son intégrale.
Démonstration. (Solution)
f est continue, donc mesurable. Cette fonction peut prendre des valeurs négatives, on va donc
devoir utiliser le théorème de Fubini-Lebesgue. Cependant, il est nécessaire pour l'appliquer de
montrer l'intégrabilité de la fonction : pour cela, on utilise le théorème de Fubini-Tonelli sur |f|
On sait que ∀x ∈ R, | sin(x)| ≤ min(|x|, 1).
- Si 0  x ≤ 1, on écrit :
|f(x, y)| ≤
exp(−y)xy
x
√
1 + x2
=
exp(−y)y
√
1 + x2
;
Et ainsi,
∞
0
|f(x, y)|dy ≤
1
√
1 + x2
-Si x ≥ 1, on écrit :
|f(x, y)| ≤
exp(−y).1
x
√
1 + x2
Et ainsi,
∞
0
|f(x, y)|dy ≤
1
x
√
1 + x2
On a nalement :
∞
0
|f(x, y)|dy ≤ 1]0,1[(x)
1
√
1 + x2
+ 1[1,∞[(x)
1
√
1 + x2
d'où
∞
0
(
∞
0
|f(x, y)|dy)dx ≤
1
0
dx +
∞
1
1
x2
dx = 2  ∞
Ainsi, f est intégrable, et |f|dxdy  2.
Donc en appliquant Fubini-Lebesgue, on a :
∞
0
exp(−y)sin(xy)dy = (
∞
0
exp(−y) exp(ixy)dy)
= (
1
1 − ix
) =
x
1 + x2
5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 13
Donc
X×X
=
∞
0
(
x
1 + x2
×
1
√
1 + x2
)dx
=
∞
0
1
(1 + x2)
3
2
dx
=
∞
0
1
(1 + sh(t)2)
3
2
ch(t)dt
=
∞
0
1
ch(t)2
= [th(∞) − th(0)] = 1.
Exercice 5.1. Soit X =]0, 1[, et f : X × X → R la fonction dénie par :
f(x, y) =
x2
− y2
(x2 + y2)2
Vérier que f n'est pas intégrable sur X2
.
Exemple 5.2 (L'intégrale de Gauss).
Soit f(x, y) = exp(−x(1 + y2
)) pour x, y ≥ 0. f est mesurable et positive . On a :
∞
0
exp(−x(1 + y2
))dx =
1
1 + y2
donc par le théorème de Fubini-Tonelli, on a :
∞
0
(
∞
0
f(x, y)dx)dy =
∞
0
1
1 + y2
dy = π
2
En intégrant cette fois-ci selon y en premier, on a pour x0 :
∞
0
exp(−x(1 + y2
)dy = exp(−x)
∞
0
exp(−xy2
)dy = exp(−x)
∞
0
exp(−z2
) 1√
x
dz =
exp(−x)
√
x
(
∞
0
exp(−z2
)dz)
D'où, en intégrant selon x :
∞
0
(
∞
0
exp(−x(1 + y2
))dy)dx = (
∞
0
exp(−z2
)dz)(
∞
0
exp(−x)
√
x
dx) = 2(
∞
0
exp(−z2
)dz)
Ainsi, on peut déterminer la valeur de l'intégrale de Gauss :
∞
0
exp(−z2
)dz =
√
π
2
, R
exp(−z2
)dz =
√
π.

Contenu connexe

Tendances

Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013
Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013
Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013Ibrahima Sow
 
Cours series fourier
Cours series fourierCours series fourier
Cours series fourierMehdi Maroun
 
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de données
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de donnéesLa theorie des dependances et la normalisation des relations-base de données
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de donnéesYassine Badri
 
Suites numériques exercices corrigés
Suites numériques exercices corrigésSuites numériques exercices corrigés
Suites numériques exercices corrigésLamia Lazrak
 
Cours d'Analyse - FI-GL-SID
Cours d'Analyse - FI-GL-SIDCours d'Analyse - FI-GL-SID
Cours d'Analyse - FI-GL-SIDFATIHA AKEF
 
CAPES maths 2019 composition 2
CAPES maths 2019 composition 2CAPES maths 2019 composition 2
CAPES maths 2019 composition 2Dany-Jack Mercier
 
Suite exercice
Suite exerciceSuite exercice
Suite exercicehassan1488
 
Algebre1 s1 par www.etudecours.com
Algebre1 s1 par www.etudecours.comAlgebre1 s1 par www.etudecours.com
Algebre1 s1 par www.etudecours.cometude cours
 
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)AHMED ENNAJI
 
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )Algèbre & Trigonométrie ( DUT )
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )FATIHA AKEF
 

Tendances (19)

Exercice suites réelles
Exercice suites réellesExercice suites réelles
Exercice suites réelles
 
Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013
Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013
Corrige math s1-s3_r_1er_gr_2013
 
Exercice arithmétiques
Exercice arithmétiquesExercice arithmétiques
Exercice arithmétiques
 
Cours integrale riemann
Cours integrale riemannCours integrale riemann
Cours integrale riemann
 
Cb08
Cb08Cb08
Cb08
 
Cours series fourier
Cours series fourierCours series fourier
Cours series fourier
 
Divisibilité+
Divisibilité+Divisibilité+
Divisibilité+
 
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de données
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de donnéesLa theorie des dependances et la normalisation des relations-base de données
La theorie des dependances et la normalisation des relations-base de données
 
Corriges td algebre
Corriges td algebreCorriges td algebre
Corriges td algebre
 
Suites numériques exercices corrigés
Suites numériques exercices corrigésSuites numériques exercices corrigés
Suites numériques exercices corrigés
 
Suites numériques
Suites numériquesSuites numériques
Suites numériques
 
Cours d'Analyse - FI-GL-SID
Cours d'Analyse - FI-GL-SIDCours d'Analyse - FI-GL-SID
Cours d'Analyse - FI-GL-SID
 
CAPES maths 2019 composition 2
CAPES maths 2019 composition 2CAPES maths 2019 composition 2
CAPES maths 2019 composition 2
 
Suite exercice
Suite exerciceSuite exercice
Suite exercice
 
M07c31ea
M07c31eaM07c31ea
M07c31ea
 
Algebre1 s1 par www.etudecours.com
Algebre1 s1 par www.etudecours.comAlgebre1 s1 par www.etudecours.com
Algebre1 s1 par www.etudecours.com
 
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)
85717b7aca485735313534313338323437343138 (1)
 
Exercice intégrales
Exercice intégralesExercice intégrales
Exercice intégrales
 
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )Algèbre & Trigonométrie ( DUT )
Algèbre & Trigonométrie ( DUT )
 

En vedette

Perfil del aprendiz sena
Perfil del aprendiz senaPerfil del aprendiz sena
Perfil del aprendiz senaKarenmq
 
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau Loizeau85
 
Creative commons 1
Creative commons 1Creative commons 1
Creative commons 1genu195
 
Competitividad Ciatej
Competitividad CiatejCompetitividad Ciatej
Competitividad CiatejCiatej
 
Presentacion del trabajo que se viene realizando en
Presentacion del trabajo que se viene realizando enPresentacion del trabajo que se viene realizando en
Presentacion del trabajo que se viene realizando enmirladistorres
 
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour Lyon
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour LyonLivre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour Lyon
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour LyonCommunication_Jce_Lyon
 
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2Stephanie2000
 
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1Guillaume Eouzan
 
Chp 1 comment trouver son chemin
Chp 1 comment trouver son cheminChp 1 comment trouver son chemin
Chp 1 comment trouver son cheminJulieVerzilli
 
Bons de reduction en magasin
Bons de reduction en magasinBons de reduction en magasin
Bons de reduction en magasinMalo Richard
 

En vedette (20)

Perfil del aprendiz sena
Perfil del aprendiz senaPerfil del aprendiz sena
Perfil del aprendiz sena
 
Villa incroyable en espagne
Villa incroyable en espagneVilla incroyable en espagne
Villa incroyable en espagne
 
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau
Conférence Bleu Ciel - La Menuiserie Loizeau
 
Creative commons 1
Creative commons 1Creative commons 1
Creative commons 1
 
Competitividad Ciatej
Competitividad CiatejCompetitividad Ciatej
Competitividad Ciatej
 
Saison culturelle 2014 2015
Saison culturelle 2014 2015Saison culturelle 2014 2015
Saison culturelle 2014 2015
 
Presentacion del trabajo que se viene realizando en
Presentacion del trabajo que se viene realizando enPresentacion del trabajo que se viene realizando en
Presentacion del trabajo que se viene realizando en
 
Deportes
DeportesDeportes
Deportes
 
Mi primera diapositiva
Mi  primera diapositivaMi  primera diapositiva
Mi primera diapositiva
 
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour Lyon
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour LyonLivre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour Lyon
Livre Mémoire JCE Lyon : 60 ans d'actions innovantes pour Lyon
 
Trabajo de informtica 2
Trabajo de informtica 2Trabajo de informtica 2
Trabajo de informtica 2
 
desencadenadores
desencadenadoresdesencadenadores
desencadenadores
 
Nnn
NnnNnn
Nnn
 
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2
Trabajo final de word, stephanie ruiz aguado 8 2
 
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1
Webmarketing : Intégrer internet à sa stratégie d'entreprise 2015 1
 
Chp 1 comment trouver son chemin
Chp 1 comment trouver son cheminChp 1 comment trouver son chemin
Chp 1 comment trouver son chemin
 
Bons de reduction en magasin
Bons de reduction en magasinBons de reduction en magasin
Bons de reduction en magasin
 
Cuidado de cachorritos.
Cuidado de cachorritos.Cuidado de cachorritos.
Cuidado de cachorritos.
 
Sistemas de Información
Sistemas de InformaciónSistemas de Información
Sistemas de Información
 
la web 10 20 y 30
la web 10 20 y 30la web 10 20 y 30
la web 10 20 y 30
 

Similaire à Intégrations sur des espaces produits

Cours series fourier
Cours series fourierCours series fourier
Cours series fourierismailkziadi
 
DS6-CB-sujet (1).pdf
DS6-CB-sujet (1).pdfDS6-CB-sujet (1).pdf
DS6-CB-sujet (1).pdfhajar517389
 
M1_exercices_corriges.pdf
M1_exercices_corriges.pdfM1_exercices_corriges.pdf
M1_exercices_corriges.pdfDurelDonfack
 
Endomorphismes des espaces euclidiens automorphismes orthogonaux
Endomorphismes des espaces euclidiens   automorphismes orthogonauxEndomorphismes des espaces euclidiens   automorphismes orthogonaux
Endomorphismes des espaces euclidiens automorphismes orthogonauxAhmed Ali
 
Nbr complexes
Nbr complexesNbr complexes
Nbr complexesbades12
 
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiques
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiquesL'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiques
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiquesCharvetXavier
 
Mathématiques Générales.pdf
Mathématiques Générales.pdfMathématiques Générales.pdf
Mathématiques Générales.pdfKarimBara2
 
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd year
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd yearExam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd year
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd yearChristian Robert
 
Formalisation de la théorie des ensembles
Formalisation de la théorie des ensemblesFormalisation de la théorie des ensembles
Formalisation de la théorie des ensemblesIsomorphisme
 
02 resume-algebre-lineaire-sup
02 resume-algebre-lineaire-sup02 resume-algebre-lineaire-sup
02 resume-algebre-lineaire-supSALLAH BOUGOUFFA
 
Math%E9matiques%20 Ct
Math%E9matiques%20 CtMath%E9matiques%20 Ct
Math%E9matiques%20 Ctglenoo
 
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]Yessin Abdelhedi
 
Euclidien12octobre
Euclidien12octobreEuclidien12octobre
Euclidien12octobreche7t
 

Similaire à Intégrations sur des espaces produits (20)

Cours series fourier
Cours series fourierCours series fourier
Cours series fourier
 
Théorie des distributions
Théorie des distributionsThéorie des distributions
Théorie des distributions
 
Fic00126
Fic00126Fic00126
Fic00126
 
Slides cirm-copulasv3
Slides cirm-copulasv3Slides cirm-copulasv3
Slides cirm-copulasv3
 
DS6-CB-sujet (1).pdf
DS6-CB-sujet (1).pdfDS6-CB-sujet (1).pdf
DS6-CB-sujet (1).pdf
 
M1_exercices_corriges.pdf
M1_exercices_corriges.pdfM1_exercices_corriges.pdf
M1_exercices_corriges.pdf
 
Endomorphismes des espaces euclidiens automorphismes orthogonaux
Endomorphismes des espaces euclidiens   automorphismes orthogonauxEndomorphismes des espaces euclidiens   automorphismes orthogonaux
Endomorphismes des espaces euclidiens automorphismes orthogonaux
 
Nbr complexes
Nbr complexesNbr complexes
Nbr complexes
 
Am4 series
Am4 seriesAm4 series
Am4 series
 
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiques
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiquesL'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiques
L'essentiel du programme de l'agrégation de mathématiques
 
Devoir en algorithmique
Devoir en algorithmiqueDevoir en algorithmique
Devoir en algorithmique
 
Mathématiques Générales.pdf
Mathématiques Générales.pdfMathématiques Générales.pdf
Mathématiques Générales.pdf
 
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd year
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd yearExam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd year
Exam of June 2016, Mathematical Statistics 3rd year
 
Formalisation de la théorie des ensembles
Formalisation de la théorie des ensemblesFormalisation de la théorie des ensembles
Formalisation de la théorie des ensembles
 
02 resume-algebre-lineaire-sup
02 resume-algebre-lineaire-sup02 resume-algebre-lineaire-sup
02 resume-algebre-lineaire-sup
 
Math%E9matiques%20 Ct
Math%E9matiques%20 CtMath%E9matiques%20 Ct
Math%E9matiques%20 Ct
 
Espaces vecs
Espaces vecs Espaces vecs
Espaces vecs
 
Exercice dérivabilité
Exercice dérivabilitéExercice dérivabilité
Exercice dérivabilité
 
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]
Devoir de synthèse_n°_02--2008-2009(mr_otay)[lycée__el_aghaliba]
 
Euclidien12octobre
Euclidien12octobreEuclidien12octobre
Euclidien12octobre
 

Dernier

Cours de Management des Systèmes d'information
Cours de Management des Systèmes d'informationCours de Management des Systèmes d'information
Cours de Management des Systèmes d'informationpapediallo3
 
Pas de vagues. pptx Film français
Pas de vagues.  pptx      Film   françaisPas de vagues.  pptx      Film   français
Pas de vagues. pptx Film françaisTxaruka
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdfSKennel
 
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdf
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdfPIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdf
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdfRiDaHAziz
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdfSKennel
 
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directe
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directeLe Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directe
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directeXL Groupe
 
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024Gilles Le Page
 
Pharmacologie des cardiotoniques pour Pharmacie
Pharmacologie des cardiotoniques pour PharmaciePharmacologie des cardiotoniques pour Pharmacie
Pharmacologie des cardiotoniques pour PharmacieLoloshka
 
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdf
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdfPIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdf
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdfRiDaHAziz
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdfSKennel
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdfSKennel
 
Bernard Réquichot.pptx Peintre français
Bernard Réquichot.pptx   Peintre françaisBernard Réquichot.pptx   Peintre français
Bernard Réquichot.pptx Peintre françaisTxaruka
 
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdf
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdfBibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdf
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdfBibdoc 37
 
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...Faga1939
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdfSKennel
 
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024Alain Marois
 
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdf
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdfBibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdf
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdfBibdoc 37
 

Dernier (18)

Cours de Management des Systèmes d'information
Cours de Management des Systèmes d'informationCours de Management des Systèmes d'information
Cours de Management des Systèmes d'information
 
Pas de vagues. pptx Film français
Pas de vagues.  pptx      Film   françaisPas de vagues.  pptx      Film   français
Pas de vagues. pptx Film français
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Bilan.pdf
 
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdf
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdfPIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdf
PIE-A2-P4-support stagiaires sept 22-validé.pdf
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_EtudiantActeur.pdf
 
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directe
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directeLe Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directe
Le Lean sur une ligne de production : Formation et mise en application directe
 
DO PALÁCIO À ASSEMBLEIA .
DO PALÁCIO À ASSEMBLEIA                 .DO PALÁCIO À ASSEMBLEIA                 .
DO PALÁCIO À ASSEMBLEIA .
 
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024
Presentation de la plateforme Moodle - avril 2024
 
Pharmacologie des cardiotoniques pour Pharmacie
Pharmacologie des cardiotoniques pour PharmaciePharmacologie des cardiotoniques pour Pharmacie
Pharmacologie des cardiotoniques pour Pharmacie
 
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdf
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdfPIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdf
PIE-A2-P 5- Supports stagiaires.pptx.pdf
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Conférence_SK.pdf
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_IA.pdf
 
Bernard Réquichot.pptx Peintre français
Bernard Réquichot.pptx   Peintre françaisBernard Réquichot.pptx   Peintre français
Bernard Réquichot.pptx Peintre français
 
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdf
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdfBibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdf
Bibdoc 2024 - Ecologie du livre et creation de badge.pdf
 
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...
LA MONTÉE DE L'ÉDUCATION DANS LE MONDE DE LA PRÉHISTOIRE À L'ÈRE CONTEMPORAIN...
 
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdfSciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdf
SciencesPo_Aix_InnovationPédagogique_Atelier_FormationRecherche.pdf
 
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024
Zotero avancé - support de formation doctorants SHS 2024
 
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdf
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdfBibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdf
Bibdoc 2024 - Les maillons de la chaine du livre face aux enjeux écologiques.pdf
 

Intégrations sur des espaces produits

  • 1. Intégrations sur des espaces produits Sabi Nidal 29 août 2014 Résumé : dans le cas particulier de X = R On a déjà introduit la mesure de Lebesgue sur la tribu des boréliens de R (notée B(R)), ce qui nous a permis d'exprimer la notion de longueur d'une partie (borélienne) de R. On peut se poser la question de savoir s'il existe une mesure sur une tribu convenable de R2 qui exprimerait la notion de surface (et une mesure sur une tribu convenable de R3 qui exprimerait la notion de volume). 1 Espace produit Dénition 1.1. Le produit cartésien de deux ensembles A et B noté A × B est l'ensemble des couples (x, y) avec x ∈ A et b ∈ B : A × B = {(x, y)|x ∈ A, y ∈ B} Dans le cas de deux espaces mesurables (X1, A1) et (X2, A2), on considère l'espace produit X1 × X2 = {(x, y)|x ∈ X1, y ∈ X2} Le but de chapitre est de dénir une tribu sur ce produit. 2 Produit d'espaces mesurables Étant donné deux espaces mesurables, on veut dénir une tribu sur le produit cartésien de ces espaces. Dénition 2.1. Soient (X1, A1) et (X2, A2) deux espaces mesurables. On munit le produit X1 × X2 de la tribu produit A1 ⊗ A2 dénie par : A1 ⊗ A2 = σ(A1 × A2 | A1 ∈ A1, A2 ∈ A2) 1
  • 2. 2 PRODUIT D'ESPACES MESURABLES 2 Donc A1 ⊗ A2 est engendré par A1 × A2, qui n'est toujours pas une tribu. Et on note (X1 × X2, A1 ⊗ A2) l'espace mesurable produit. Remarque 2.1. On peut généraliser cette dénition au cas du produits d'un nombre ni quelconque de tribus. Proposition 2.1. La tribu A1 ⊗ A2 est la plus petite tribu sur X1 × X2 qui rende mesurable les deux projections canoniques. Démonstration. Soient p1 : X1 × X2 → X1 et p2 : X1 × X2 → X2 les deux projections canoniques. Soit A une tribu sur X1 × X2 qui rend p1 et p2 mesurables, alors : ∀A1 ∈ A1, ∀A2 ∈ A2, p−1 1 (A1) = A1 × X2 p−1 2 (A2) = X1 × A2 Comme p−1 1 (A1) ∈ A et p−1 2 (A2) ∈ A alors, A1 × A2 = (A1 × X2) (X1 × A2) ∈ A et par suite A1 ⊗ A2 ⊂ A. Proposition 2.2. Soient (X1, A1) , (X2, A2) et (X, A) des espaces mesurables, et soit f = (f1, f2) une application de X dans X1 × X2 alors on a : f : (X, A) → (X1 × X2, A1 ⊗ A2) est mesurable si et seulement si fi : (X, A) → (Xi, Ai) est mesurable pour i = 1, 2. Démonstration. Supposons que f est mesurable. fi = f ◦ pi or pi est mesurable sur A1 ⊗ A2, donc fi est mesurable par composition. Réciproquement, si f1 et f2 sont mesurables, alors pour tout A1 ∈ A1, A2 ∈ A2 on a : f−1 1 (A1) ∈ A, f−1 2 (A2) ∈ A, donc f−1 1 (A1) f−1 2 (A2) ∈ A. Et on sait que f−1 (A1×A2) = f−1 1 (A1) f−1 2 (A2) ce qui permet de conclure que f est mesurable. Théorème 2.1. Soit (Xi, Ai) un espace mesurable et Ei ⊂ A vériant : 1. Ai = σ(Ei) 2. il existe une suite (Ai,n)n≥1 de Ei vériant ( ∞ n=1 Ai,n) = Xi. Ceci pour i = 1, 2. Alors : A1 ⊗ A2 = σ(E1 × E2) Démonstration. Considérons B = σ(E1 ×E2) (c'est une tribu sur X1 ×X2) et montrons la double inclusion. On a : E1 × E2 ⊂ A1 × A2 donc σ(E1 × E2) ⊂ σ(A1 × A2). Ainsi B ⊂ A1 ⊗ A2. Pour l'autre inclusion, on pose : B∗ = {B1 ; B1 ⊂ X1, {B1} × E2 ⊂ B}
  • 3. 2 PRODUIT D'ESPACES MESURABLES 3 De l'inclusion E1 × E2 ⊂ B on déduit E1 ⊂ B∗ . D'autre part B∗ est une tribu sur X1 : • On a ∅ ∈ B, donc {∅} × E2 = {∅} ⊂ B i.e ∅ ∈ B∗ . • Soit B1 ∈ B∗ . Alors d'après (2) : B1 × X2 = B1 × ∞ n=1 A2,n = ∞ n=1 (B1 × A2,n) ∈ B De même pour A2 ∈ E2 X1 × A2 = ( ∞ n=1 A1,n) × B2 = ∞ n=1 (A1,n × A2) ∈ B Il en résulte : (X1B1) × A2 = ((X1B1) × X2) (X1 × A2) = ((X1 × X1)(B1 × X2) (X1 × A2) ∈ B Ce qui prouve que X1 B1 ∈ B∗ . Soient (B(1,n))n≥1 une suite de B∗ , tout A2 ∈ E2 vérie : ( ∞ n=1 B1,n) × A2 = ∞ n=1 (B1,n × A2) ∈ B. Ce qui ce veut dire que ∞ n=1 B1,n ∈ B∗ . D'après (1) : A1 = σ(E1) ⊂ B∗ , c'est à dire A1 × E2 ⊂ B. Finalement, à l'aide des hypothèses (1) et (2), nous avons obtenu : E1 × E2 ⊂ B =⇒ A1 × A2 ⊂ B A présent nous seront intéresser par des espaces topologiques. Soient (X1, O1) et (X2, O2) deux espaces topologiques, on cherche à dénir sur X1 × X2 une tribu associée à la topologie produit. Nous pourrons procéder par deux méthodes : - Soit on muni X1 ×X2 de sa topologie produit O1 ⊗O2 et nous considérons la tribu borélienne B(X1 × X2). -Ou bien sur chaque espace Xi on prend la tribu borélienne B(Xi) correspondante et on associant leurs produits à X1 × X2. A ce niveau on se pose la question de savoir si les deux tribus B(X1 × X2) et B(X1) ⊗ B(X2) coïncident. Remarque 2.2. La topologie O1 ⊗ O2 est la topologie la moins ne sur X1 × X2 qui rend les projections canoniques continues.
  • 4. 3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 4 Propriété 2.1. Soit (X, O) un espace topologique à base dénombrable O∗ . Alors : AX = σ(O∗ ) Ainsi (X, AX) est un espace mesuré. Proposition 2.3. Soient X1 et X2 deux espaces topologiques, muni de leur tribu borélienne. Alors : 1. B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2) 2. Si de plus X1 et X2 sont des espaces métriques alors on a : B(X1) ⊗ B(X2) = B(X1 × X2) Démonstration. (1). On munit X1×2 de la topologie produit. Alors les projections p1 et p2 sont continues, donc mesurables pour les tribus boréliennes, donc d'après (proposition 2.1) B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2). (2)Supposons X1 et X2 deux espaces métriques qui sont séparables, donc ils contiennent des bases dénombrables d'ouverts U = {Un} et V = {Vn}.1 Ils s'ensuit que la famille W = {Un × Vm|n, m ∈ N} est une base dénombrable de X1 ×X2,2 ainsi chaque ouvert de X1 ×X2 appartient à la tribu B(X1) ⊗ B(X2) et on a B(X1) ⊗ B(X2) ⊂ B(X1 × X2). Le (1) permet de conclure. Corollaire 2.1 (La tribu borélienne sur Rd ). B(R) ⊗ · · · ⊗ B(R) d fois = B(Rd ) Exercice 2.1. Rédigé une démonstration. 3 Théorème d'unicité pour les mesures Nous avons montré que sur deux espaces mesurés on peut dénir une tribu produit, la questionne qui se pose naturellement qu'elles sont les conditions susantes pour que les deux mesures coïncident partout sur la nouvelle tribu. Pour cela introduisant une nouvelle structure ensembliste. 1. Comme exemple si on prend une suite (xk)k∈N dense dans X1 on peut prendre pour U l'ensemble des boules ouverts de rayon rationnel. 2. Si O ⊂ X1 × X2 est ouvert, et si z = (x, y) ∈ O, alors il existe (O1, O2) ∈ X1 × X2 un couple d'ouverts avec z ∈ O1 × O2 tel que O ⊂ O1 × O2 ⊂ O
  • 5. 3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 5 3.1 Classe de DYNKIN Dénition 3.1. Soit E un ensemble et soit D une partie de E. On dit que D est une classe de DYNKIN sur E si : 1. E ∈ D ; 2. ∀C, D ∈ D, tel que C ⊂ D =⇒ DC ∈ D ; 3. (Dn)x≥1 suite d'éléments de D disjointe =⇒ ∞ n=1 Dn ∈ D. Propriété 3.1. Tout sous-ensemble E de E est contenu dans une plus petite classe de DYNKIN sur E appelée classe de DYNKIN engendrée par E et notée δE(E). Remarque 3.1. Toute tribu sur E est une classe de DYNKIN sur E. Il en découle que, pour tout E ⊂ P(E) : δE(E) ⊂ σE(E). Théorème 3.1. Une condition nécessaire et susante pour qu'une classe de DYNKIN sur un ensemble E soit une tribu, c'est que la classe soit stable par intersections nies. Démonstration. Puisque une tribu est stable par réunion, intersection et diérences alors la condition est évidemment nécessaire. (1) et (2) nous assure que ∅ ∈ D et clairement que E ∈ D. Si la suite (Dn)n∈N est telle que D1 = C, D2 = D et Dn = ∅ pour n ≥ 3, et si D est une classe de DYNKIN, on obtient par (3) : (C, D ∈ D, C ∩ D = ∅) =⇒ C ∪ D = ∞ n=1 Dn ∈ D (3.1) Alors, Comme D est supposé stable par intersections nies, de (3.1) et de (2) on déduit que : ∀C, D ∈ D, C ∪ D = (C(C ∩ D)) ∪ D ∈ D (3.2) Considérons maintenant une suite (Dn)n≥1 quelconque de D et posons : En = n k=1 Dk et Fn = En+1En pour tout n ≥ 1, et F0 = D1. D'après (3.2), (En)n≥1 est une suite de D et cette suite est croissante. Il résulte alors de (2) que (Fn)n≥0 est une suite disjointe de D, donc par (3) on obtient : ∞ n=1 Dn = ∞ n=1 Fn ∈ D Lemme 3.1. (admis) Soit E un ensemble et E une partie de E. Alors, si E est stable par intersections nies, on a δE(E) = σ(E). Théorème 3.2 (Unicité pour les mesures). Soit un espace mesurable (E, A) et E ⊂ P(E) vériant :
  • 6. 3 THÉORÈME D'UNICITÉ POUR LES MESURES 6 1. E est stable par intersections nies ; 2. σ(E) = A ; Si m1 et m2 deux mesures sur A telles que : 3. ∀A ∈ E, m1(A) = m2(A) ; 4. il existe une suite croissante (An)n≥1 d'élément de E vériant : ∞ n=1 An = E ; ∀n ≥ 1, m1(An) = m2(An) +∞ Alors : m1 = m2. Démonstration. On considère DA = {B; B ∈ A, m1(A ∩ B) = m2(A ∩ B)}. L'idée est de montrer que DA est une classe de DYNKIN, qui contient A. Donc en montrant que pour tout B ∈ A on a m1(B) = m2(B) on termine la démonstration. DA est bien dénie car pour A ∈ E tel que m1(A) = m2(A) +∞ on a bien m1(A ∩ B) = m2(A ∩ B). Comme A est une tribu, E ∈ DA. Si B, C ∈ DA tel que C ⊂ D m1(A ∩ (CB)) = m1((A ∩ C)(A ∩ B)) = m1(A ∩ C) − m1(A ∩ B) = m2(A ∩ C) − m2(A ∩ B) = m2((A ∩ C)(A ∩ B)) Ainsi CB ∈ DA. Soient (Dn)n≥1 une suite disjointe de DA, on a d'après les propriétés de mesure : m1(A ∩ ∞ n=1 Dn) = m1( ∞ n=1 (A ∩ Dn)) = ∞ n=1 m1(A ∩ Dn) = ∞ n=1 m2(A ∩ Dn) = m2( ∞ n=1 (A ∩ Dn)) = m2(A ∩ ∞ n=1 Dn) Ce qui assure que ∞ n=1 Dn ∈ DA. Ainsi DA est une classe de DYNKIN. Comme E ⊂ DA.
  • 7. 4 PRODUIT DE MESURES 7 Donc d'après le lemme 3.1, (1) et (2) on pourrais écrire A = σ(E) = δE(E) ⊂ DA Ceci est vrai pour tout A ∈ E tel que m1(A) = m2(A) +∞. Ce qui équivaut à dire que l'égalité m1(A ∩ B) = m2(A ∩ B) est valable pour tout B ∈ A et tout A ∈ E vériant m1(A) = m2(A) +∞. Alors, en faisant intervenir une suite (An)n≥1 de E telle qu'en (4), donc pour tout B ∈ A : m1(B) = m1(E ∩ B) = m1(( ∞ n=1 An) ∩ B) = m1( ∞ n=1 (An ∩ B)) = sup n≥1 m1(An ∩ B) = sup n≥1 m2(An ∩ B) = m2( ∞ n=1 (An ∩ B)) = m2(( ∞ n=1 An) ∩ B = m2(B) 4 PRODUIT DE MESURES Notations : Soient X1, X2 deux ensembles quelconques. Et soient (x1, x2) ∈ X1 × X2 et A ⊂ X1 × X2. On pose : A(•, x2) = {y1 ∈ X1, (y1, x2) ∈ A} A(x1, •) = {y2 ∈ X2, (x1, y2) ∈ A} Lemme 4.1. Soit (X1, A1) et (X2, A2) deux espaces mesurables, B ∈ A1 ⊗ A2. Alors : ∀x2 ∈ X2, B(•, x2) ∈ A1 et ∀x1 ∈ X1, B(x1, •) ∈ A2 Démonstration. Pour x2 ∈ X2 xé, On pose B = {A; A ⊂ X1 ×X2, A(•, x2) ∈ A1}. C'est une tribu sur X1 ×X2. Si (A1 × A2) ∈ A1 × A2 on a alors : (A1 × A2)(•, x2) = B11B2 En plus (A1 × A2)(•, x2) ∈ A1, ce qui veut dire que A1 × A2 ⊂ B. Ainsi A1 ⊗ A2 = σ(A1 ⊗ A2) ⊂ B
  • 8. 4 PRODUIT DE MESURES 8 Lemme 4.2. Soit (Xi, Ai, mi) un espace mesuré (mi est σ−nie),i = 1, 2. Alors, pour tout B ∈ A1 ⊗ A2, les fonctions fB,i : Xi → R+ ∪ {+∞} dénie par : ∀x1 ∈ X1, fB,1(x1) = m2(B(x1, •)), ∀x2 ∈ X2, fB,2(x2) = m1(B(•, x2)), sont respectivement A1−mesurable et A2−mesurable. Démonstration. Les fonctions fB,i sont bien dénies en vertu du lemme précédent. On considère B = {A; A ∈ A1 ⊗ A2, fA,1 A1 − mesurable}, et supposons que m2 est nie. Soit (B1 × B2) ∈ (A1, A2), fB1×B2,1 est dénie pour tout x1 ∈ X1 par : fB1×B2,1(x1) = m2((B1 × B2)(x1, •)) = m2(B2)1B1 Donc c'est une fonction A1−mesurable. Ainsi A1 × A2 ⊂ B (1). Un calcul astucieux permet de montrer que B est une classe de DYNKIN sur X1 × X2 (2). De (1), (2) et du lemme 3.1 on peut dire que : B ⊂ A1 ⊗ A2 = σ(A1 × A2) = δ(A1 × A2) ⊂ B. Si bien que B = A1 ⊗ A2. Donc sous l'hypothèse que m2 est nie on a fB,1 est A1−mesurable. Si on est dans le cas où m2 est seulement supposé σ−nie, il existe donc une suite croissante (B2,n)n≥1 d'éléments de A2 telle que : ∞ n=1 B2,n = X2 et m2(B2,n) +∞ On vérie aisément que pour chaque n ≥ 1, on dénie une mesure nie m2,n sur A2 dénie par : ∀B2 ∈ A2, m2,n(B2) = m2(B2 ∩ B2,n). Alors en récapitulant, on a pour chaque B ∈ A1 ⊗ A2, la fonction fB,1,n : X1 → R+ qui à tout x1 ∈ X1 associe fB,1,n(x1) = m2,n(B(x1, •)), est A1−mesurable. Mais, pour chaque x1 ∈ X1, on a : fB,1(x1) = m2(B(x1, •)) = m2( ∞ n=1 (B(x1, •) ∩ B2,n)) = sup n≥1 m2(B(x1, •) ∩ B2,n) = sup n≥1 m2,n(B(x1, •)) = sup n≥1 fB,n,1(x1). Donc fB,1 est A1−mesurable.1 De façon analogue on montre que fB,2 est A2−mesurable. 1. La borne supérieure d'une fonction mesurable est aussi mesurable.
  • 9. 4 PRODUIT DE MESURES 9 Nous pouvons maintenant aborder la démonstration du théorème qui introduit le produit de deux mesures. Cette notion est simplement inspiré du cas ou la mesure bidimensionnelle (l'aire) d'un rectangle est le produit des mesures unidimensionnels (de sa largeur et de sa longueur), soit tel que la mesure produit d'un produit cartésien, soit égale au produit des mesures de chacun des deux côtés. Nous avons voir que si les mesures sont σ−nies, alors la mesure produit est bien déterminée. Théorème 4.1 (Produit de deux mesures σ−nies). Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux espaces mesurés où m1 et m2 sont σ−nies. Alors : 1. il existe une unique mesure π sur A1 ⊗ A2 telle que : ∀(B1, B2) ∈ A1 × A2, π(B1 × B2) = m1(B1).m2(B2) 2. la mesure π est dénie pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 par : π(B) = ∗ E1 m2(B(x1, •))d(m1(x1)) = ∗ E2 m1(B(•, x2))d(m2(x2)); 3. la mesure π est σ−nie. Démonstration. (Repose sur le théorème 3.2 ) Considérons sur A1 ⊗A2 deux mesures π1 et π2 possédant la propriété indiquée en (1). Pour la démonstration il sut de vérier que les hypothèses du théorème 3.2 sont réalisées pour : X = X1 × X2, B = A1 ⊗ A2, E = A1 × A2, m1 = π1 et m2 = π2. La vérication est immédiate pour (1), (2) et (3). Pour chaque i = 1, 2, et puisque mi est σ−nie, il existe une suite croissante (Bi,n)n≥1 de Ai telle que : ∞ n=1 Bi,n = Xi mi(Bi,n) +∞ pour tout n ≥ 1 Alors, (B1,n × B2,n)n≥1 est une suite croissante de A1 × A2 telle que : ∞ n=1(B1,n × B2,n) = X1 × X2 et, ∀n ≥ 1, π1(B1,n × B2,n) = π2(B1,n × B2,n) = m1(B1,n)m2(B2,n) +∞ Donc l'hypothèse (4) est vériée, ce qui permet de conclure que π1 = π2. Ainsi cette démonstration nous assure que si la mesure existe elle est unique est forcément σ−nie, ce qui établie le (3) du théorème. Pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 posons : π(B) = ∗ X1 m2(B(x1, •))dm1(x1) = ∗ X1 fB,1dm1, Montrons que π : A1 ⊗ A2 → R+ est une mesure sur A1 ⊗ A2. Comme ∅(x1, •) = ∅ alors π(∅) = 0. Soient (Bn)n≥1 est une suite de A1 ⊗ A2 disjointe, on a : f ∞ n=1 Bn,1 = ∞ n=1 fBn,1, donc on peut écrire :
  • 10. 5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 10 π( ∞ n=1 Bn) = ∗ X1 ∞ n=1 fBn,1dm1 2 = ∞ n=1 ∗ X1 fBn,1dm1 = ∞ n=1 π(Bn). Donc la fonction π est bien une mesure qui vérie en plus : π(B1 × B2) = ∗ X1 m2((B1 × B2)(x1, •))dm1(x1) = ∗ X1 m2(B2)1B1 dm1 = m2(B2)m1(B1) Donc (1) est prouvé. Enn, en posant pour tout B ∈ A1 ⊗ A2 : π∗ (B) = ∗ X2 m1(B(•, x2))dm2(x2), Ce qui nous assure que π est bien une mesure sur A1 ⊗ A2. celle ci en plus qu'elle est unique vérie la propriété (2). Dénition 4.1. Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux espaces mesurés où les mesures sont σ−nie. L'unique mesure π sur A1 ⊗ A2 vériant : ∀(B1, B2) ∈ A1 × A2, π(B1 × B2) = m1(B1)m2(B2) est appelée mesure produit est notée m1 ⊗ m2. Remarque 4.1. D'après le théorème précédent, la valeur prise en chaque B de A1 ⊗ A2 par la mesure produit, est donnée par les formules : (m1 ⊗ m2)(B) = ∗ X1 m2(B(x1, •))dm1(x1) = ∗ X2 m1(B(•, x2))dm2(x2) Remarque 4.2. Le produit des mesures n'est pas commutatif. Comme contre exemple, si on prend sur la borélienne de R la mesure de BOREL β et la mesure de DIRAC à l'origine δ0, et en calculant la mesure produit sur le pavé P = [1, 2] × [−1, 1]. On trouve : (β ⊗ δ0)(P) = β([1, 2]).δ0([−1, 1]) = 1. (δ0 ⊗ β)(P) = δ0([1, 2]).β([−1, 1]) = 0. Remarque 4.3. En remarquant que le produit cartésiens est associatif donc le produit des mesures le sera aussi on peut alors généraliser la notion de produits de mesures σ−nie au produit ni quelconque de telles mesures. 5 Intégration par rapport à une mesure produit Théorème 5.1 (FUBINI pour les fonctions mesurables positives). Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux espaces mesurés où les mesures sont σ−nie, et soit f ∈ M(X1 × X2, A1 ⊗ A2, R+). Alors : 2. Une conséquence du théorème de Beppo levi
  • 11. 5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 11 1. ∀x1 ∈ X1, f(x1, •) ∈ M(X2, A2, R+); ∀x2 ∈ X2, f(•, x2) ∈ M(X1, A1, R+); 2. [x1 → ∗ E2 f(x1, •)dm2] ∈ M(X1, A1, R+) [x2 → ∗ E1 f(•, x2)dm1] ∈ M(X2, A2, R+) 3. ∗ X1×X2 fd(m1 ⊗ m2) = ∗ X1 ( ∗ X2 f(x1, •)dm2)dm1(x1)) Théorème 5.2 (FUBINI pour les fonctions intégrables). Soient (X1, A1, m1) et (X2, A2, m2) deux espaces mesurés où les mesures sont σ−nie, et soit f ∈ 1 (X1 × X2, A1 ⊗ A2, m1 ⊗ m2). Alors : 1. f(x1, •) ∈ 1 (X2, A2, m2) m1 − p.p; f(•, x2) ∈ 1 (X1, A1, m1) m2 − p.p; 2. [x1 → ∗ E2 f(x1, •)dm2] ∈ 1 (X1, A1, m1) , [x2 → ∗ E1 f(•, x2)dm1] ∈ 1 (X2, A2, m2) 3. X1×X2 fd(m1 ⊗ m2) = X1 ( X2 f(x1, •)dm2)dm1(x1)) 5.1 Interprétation Nous allons voir sur un exemple pourquoi il est nécessaire d'avoir deux théorèmes de Fubini, et l'importance de l'hypothèse d'intégrabilité de la fonction que l'on veut intégrer dans le théorème de Fubini- Lebesgue. Exemple 5.1. Soit X =]0, +∞[ muni de la tribu de Borel et de la mesure de Lebesgue (dx), soit f : X×X → R la fonction dénies par : f(x, y) = exp(−y)sin(xy) x √ 1 + x2
  • 12. 5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 12 Montrer que f est intégrable et calculer son intégrale. Démonstration. (Solution) f est continue, donc mesurable. Cette fonction peut prendre des valeurs négatives, on va donc devoir utiliser le théorème de Fubini-Lebesgue. Cependant, il est nécessaire pour l'appliquer de montrer l'intégrabilité de la fonction : pour cela, on utilise le théorème de Fubini-Tonelli sur |f| On sait que ∀x ∈ R, | sin(x)| ≤ min(|x|, 1). - Si 0 x ≤ 1, on écrit : |f(x, y)| ≤ exp(−y)xy x √ 1 + x2 = exp(−y)y √ 1 + x2 ; Et ainsi, ∞ 0 |f(x, y)|dy ≤ 1 √ 1 + x2 -Si x ≥ 1, on écrit : |f(x, y)| ≤ exp(−y).1 x √ 1 + x2 Et ainsi, ∞ 0 |f(x, y)|dy ≤ 1 x √ 1 + x2 On a nalement : ∞ 0 |f(x, y)|dy ≤ 1]0,1[(x) 1 √ 1 + x2 + 1[1,∞[(x) 1 √ 1 + x2 d'où ∞ 0 ( ∞ 0 |f(x, y)|dy)dx ≤ 1 0 dx + ∞ 1 1 x2 dx = 2 ∞ Ainsi, f est intégrable, et |f|dxdy 2. Donc en appliquant Fubini-Lebesgue, on a : ∞ 0 exp(−y)sin(xy)dy = ( ∞ 0 exp(−y) exp(ixy)dy) = ( 1 1 − ix ) = x 1 + x2
  • 13. 5 INTÉGRATION PAR RAPPORT À UNE MESURE PRODUIT 13 Donc X×X = ∞ 0 ( x 1 + x2 × 1 √ 1 + x2 )dx = ∞ 0 1 (1 + x2) 3 2 dx = ∞ 0 1 (1 + sh(t)2) 3 2 ch(t)dt = ∞ 0 1 ch(t)2 = [th(∞) − th(0)] = 1. Exercice 5.1. Soit X =]0, 1[, et f : X × X → R la fonction dénie par : f(x, y) = x2 − y2 (x2 + y2)2 Vérier que f n'est pas intégrable sur X2 . Exemple 5.2 (L'intégrale de Gauss). Soit f(x, y) = exp(−x(1 + y2 )) pour x, y ≥ 0. f est mesurable et positive . On a : ∞ 0 exp(−x(1 + y2 ))dx = 1 1 + y2 donc par le théorème de Fubini-Tonelli, on a : ∞ 0 ( ∞ 0 f(x, y)dx)dy = ∞ 0 1 1 + y2 dy = π 2 En intégrant cette fois-ci selon y en premier, on a pour x0 : ∞ 0 exp(−x(1 + y2 )dy = exp(−x) ∞ 0 exp(−xy2 )dy = exp(−x) ∞ 0 exp(−z2 ) 1√ x dz = exp(−x) √ x ( ∞ 0 exp(−z2 )dz) D'où, en intégrant selon x : ∞ 0 ( ∞ 0 exp(−x(1 + y2 ))dy)dx = ( ∞ 0 exp(−z2 )dz)( ∞ 0 exp(−x) √ x dx) = 2( ∞ 0 exp(−z2 )dz) Ainsi, on peut déterminer la valeur de l'intégrale de Gauss : ∞ 0 exp(−z2 )dz = √ π 2 , R exp(−z2 )dz = √ π.