Continuité et dérivation sous le signe intégral comme corollaires
Applications au calcul d'intégrales et de séries
Lien avec les modes de convergence en probabilités
Plan
Théorème de convergence monotone
Énoncé : si [formule] p.p., alors [formule]
Démonstration (idée)
Application : interversion [formule] et [formule] pour des fonctions positives
Lemme de Fatou
Énoncé : [formule] pour [formule]
Démonstration à partir de la convergence monotone
Exemples montrant que l'inégalité peut être stricte
Théorème de convergence dominée
Énoncé : si [formule] p.p. et [formule], alors [formule]
Démonstration via Fatou
Importance de la fonction de domination
Corollaires : continuité et dérivation sous [formule]
Continuité de [formule] par convergence dominée
Dérivation : [formule] (théorème de Leibniz)
Holomorphie sous le signe intégral
Interversion somme-intégrale
Cas positif : toujours vrai (convergence monotone)
Cas général : convergence dominée ou convergence normale
Application : calcul de [formule] par développement en série
Applications variées
Calcul de [formule]
Dérivée de la fonction Gamma : [formule]
Lemme de Fatou en probabilités et espérance
Théorèmes clés
Convergence monotone (Beppo Levi) : si [formule] est une suite croissante de fonctions mesurables positives convergeant p.p. vers [formule], alors [formule] (y compris [formule])
Lemme de Fatou : pour toute suite [formule] de fonctions mesurables positives, [formule]
Convergence dominée (Lebesgue) : si [formule] p.p., [formule] avec [formule], alors [formule] et [formule] (en particulier [formule])
Corollaire (interversion série-intégrale) : si [formule] converge p.p. et [formule], alors [formule]
Exemples importants
[formule] par convergence dominée avec [formule]
Interversion [formule] : [formule]
Fatou strict : [formule], [formule] pour tout [formule], mais [formule] p.p. donc [formule]
Convergence monotone : [formule]
Classe [formule] de la fonction Gamma : par dérivation sous le signe intégral itérée avec domination
Erreurs courantes
Appliquer la convergence dominée sans exhiber la fonction de domination intégrable (l'erreur la plus fréquente)
Oublier l'hypothèse de positivité dans la convergence monotone et le lemme de Fatou
Confondre convergence dominée et convergence monotone : la convergence monotone s'applique aux suites croissantes positives sans besoin de domination
Conseils du jury
Savoir choisir le bon théorème selon la situation : monotone pour les suites croissantes positives, dominée pour le cas général
Exhiber la fonction de domination est l'étape cruciale : le jury y prête une attention particulière
Avoir un catalogue d'applications concrètes (calculs de limites d'intégrales, interversions) est très valorisé