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ensembles mesurables et la fonction restreinte sera la mesure. Nous verrons Pour la premi`ere partie de la question intégrer par parties.
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13 jan. 2014 Mesure et Intégration. Examen Final – Corrigé. 13 janvier 2014 — durée 3 h. Notations. (a) ?n est la mesure de Lebesgue dans Rn.
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Examens corrigés François DE MARÇAY Département de Mathématiques d'Orsay Université Paris-Sud France 1 Examen 1 Exercice 1 [Inégalité de Tchebychev]
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11 nov 2014 · Université Mohammed V de Rabat Faculté des Sciences Département de Mathématiques Recueil des examens Mesures et Intégration
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Théorie de la mesure et intégration Université de Genève Printemps 2020 Section de Mathématiques Série 1 Correction (corrigée le 26/02/2020)
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MESURE ET INT´EGRATION EN UNE DIMENSION Notes de cours André Giroux Département de Mathématiques et Statistique Université de Montréal Mai 2004
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13 jan 2014 · Mesure et Intégration Examen Final – Corrigé 13 janvier 2014 — durée 3 h Notations (a) ?n est la mesure de Lebesgue dans Rn
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Intégration par rapport `a une mesure image 28 8 Centre de masse 31 9 Noyaux probabilistes 32 Chapitre 3 Interversion de limites et d'intégrales
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Université de Batna 2 Département de Mathématiques 3 Année Licence Mathématiques Mesure et Intégration Exercices corrigés Exercice 1
REPUBLIQUEALGERIENNEDEMOCRATIQUEETPOPULAIREMINISTERE DE L"ENSEIGNEMENTSUPERIEUR ET DELARECHERCHESCIENTIFIQUEUNIVERSITEABDELHAMIDIBNBADIS-MOSTAGANEMFaculté des Sciences Exactes et de l"InformatiqueDépartement de Mathématiques etd"InformatiquePolycopié de coursMesure et IntégrationCours et exercicesd"applicationsRéalisépar:MENAD AbdallahTroisième année licence Mathématiques LMDAnnée Universitaire 2019-2020
Table des matières
Introduction 1
1 Tribus et mesures 3
1.1 Rappels sur la théorie des ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.1 Dénombrabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.2 Limites d"ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2 Fonctions caractéristiques d"ensembles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Algèbres et tribus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3.1 Tribu engendrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.3.2 Tribu image directe, tribu image réciproque . . . . . . . . . . . . . . 9
1.3.3 La tribu borélienne ou tribu de Borel . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4 Mesures positives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.1 Propriétés des mesures, mesures extérieures, mesures complètes . . . 16
1.4.2 Esemble négligeable et mesure complètes . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4.3 Mesures extérieurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.5 Mesure de Lebesgue sur la tribu des boréliens . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.1 Mesure de Lebesgue surR. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.5.2 Mesure de Lebesgue surRm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.6 Exercices corrigés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2 Fonctions mesurables "Variables aléatoires" 40
2.1 Fonctions mesurables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.1.1 Caractérisation de la mesurabilité et stabilité deL0(E). . . . . . . . 41
2.1.2 Opérations sur les fonctions mesurables . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.2 Fonction caractéristique ou indicatrice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.1 Fonctions étagées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.2.2 Deuxième caractérisation de la mesurabilité . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3 Quelques propriétés des applications mesurables . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.1 Propriétés vraies presque partout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.2 Egalité presque partout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.4 Convergence p.p et convergence en mesure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5 Variable aléatoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.5.1 Convergence presque uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.5.2 Convergence essentiellement uniforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.6 Exercices corrigés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
1 23 Fonctions Intégrables 60
3.1 Intégrale d"une fonction étagée positive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2 Intégrale d"une fonction mesurable positive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.1 Théorème de la convergence monotone . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.2.2 Lemme de Fatou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3 Mesures et probabilités de densité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.3.1 Mesure de densité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4 L"espaceL1des fonctions intégrables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.1 L"éspace L
1(Cas complexe) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.4.2 Théorème de la convergence dominée . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.4.3 Applications du Théorème de la convergence dominée . . . . . . . . . 71
3.5 comparaison entre l"intégrale de Lebesgue et l"intégrale de Riemann . . . . . 72
3.5.1 Intégrabilité au sens de Riemann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.6 Les espaces L
p(16p6+1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.6.1 Les espaces L
p(16p <+1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 733.6.2 Inégalité de Young . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.6.3 Inégalité de Holder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.6.4 Inégalité de Minkowski . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.7 L"espace L
1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.8 Exercices corrigés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4 Produit d"espaces mesurés 96
4.0.1 Mesure produit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.1 Théorème de Fubini-Tonelli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.1.1 Théorème de Fubini . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.2 Exercices corrigés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Bibliographie 112
République Algérienne Démocratique et PopulaireMinistère de L"enseignement Superieur et de la
Recherche Scienti...que
Université Abdelhamid Ibn Badis Mostaganem
Faculté des Sciences Exactes et Informatique
Département de Mathématiques et InformatiquesPolycopié
Mesure et Intégration
Cours et exercices d"applications
Réalisé par :
Mr MENAD Abdallah
Année Universitaire : 2019-20120
1Introduction
Ce cours à destination des étudiants de troisième année licence Mathématiques LMD comporte la matière deMesure et Intégration. Il contient l"essentiel du cours avec des exemples et des exercices d"applications sont proposés avec des solutions en ...n de chaquechapitre pour permettre à l"étudiants de tester ses connaissances et de se préparer aux tests
et aux examens ...naux. Ce polycopié est inspiré du cours qui a été fait par Mr Medeghri Ahmed et BouzianiFatima durant les années 2012-2015 au sein du département de mathématiques à l"université
Abdelhamid Ibn Badis Mostaganem.
D"après ma petite expérience, lors de l"enseignement de cette matière durant quelquesannées, j"ai décidé de préparer ce polycopié qui contient toutes les notions fondamentales
liées à cette matière.formation o¢ ciel suivant le cannevas donné par le ministère appliqué actuellement dans tous
les départements des Universitée Algériennes. Nous supposons que le lecteur a une bonne connaissances de la topologie usuelle deR, les premiers principes de la théorie des ensembles et le concept d"intégration au sens deRiemann.
Comme ce polycopié est un cours, nous avons pris le parti de démontrer presque tous lesrésultats d"une façon complète, c"est-à-dire sans renvoyer au cours de la preuve à un résultat
bien connu ou en admettant un résultat auxiliaire di¢ cile. Nous avons d"ailleurs inclus unnombre considérable d"exercices résolus tels qu"ils ont été testés dans le cadre de travaux
dirigés, ou ont fait l"objet de devoirs de reexion ou de contôle des connaissances. Il va de
soi que le lecteur aura intérêt a essayer de résoudre le problème sans lire la solution au
préalable. Les chapitres de ce polycopié se terminent par des exercices corrigés puisés dans
les fonds des séries de T.D de l"équipe pédagogique du département de Mathématiques de
l"Université Abdelhamid Ibn Badis Mostaganem.L"originalité de ce polycopié réside dans son contenu, inspiré sans vergogne de la litérature
existante. Venons-en à une description plus précise de ce que l"on trouvera dans ce polycopié. Dans lepremier chapitre, nous donnerons rapidement les propriétés utiles concernantles opérations sur les ensembles, la dénombrabilité, les limites d"ensembles et les fonctions
caractéristiques d"ensembles. Nous présentons, par la suite la notion de tribu particulièrement
mesure extérieure et en particulier la mesure de Lebesgue sur la tribu des boréliens. Lesecond chapitrecontient les propriétés générales des fonctions mesurables notament les applications numériques mesurables qui seront désignées parL0, nous étudierons la convergence presque partout et la convergence en mesure. Autroisième chapitre, nous aborderons et traiterons la notion d"intégration par rap-port à une mesure positive. En premier lieu, nous ferons l"étude pour les fonctions numériques
mesurables et nous donnerons le Théorème de convergence monotone (ou de Beppo-Levi) etses conséquences. Nous étudierons ensuite l"intégrale d"une fonction numérique mesurable et
nous ...nirons par une comparisation de l"intégrale de Lebesgue avec l"intégrale de Riemann.En...n, nous donnerons un aperçu général sur la construction de l"espaceL1et le théorème
de convergence dominée dans cet espace. 2 Nous consacrons dansle quatrième chapitreà l"étude de la mesure produit, notamment les Théorèmes de Fubini et quelques applications.En...n vu les erreurs répétées souvent dans les copies des examens de cette matière, j"ai
constaté que la majorité des étudiants ne donnent pas l"importance au cours et ils font des exercices en se basant directement sur les corrigés. Je conseille alors les étudiants de lired"abord le cours attentivement, de faire tous les exemples cités après chaque résultat donné
et en...n de passer à résoudre les exercices proposés sans retourner au corrigé. Les solutions
Finalement, j"espère que ce document pourra aider les étudiants qui veulent maîtriser cette partie mathématiques. Comme toute entreprise humaine n"est infaillible, nous tenons à la ...n de cette petite introduction, à solliciter la haute bienveillance de nos lecteurs de nous faire parvenir toutes leurs remarques via notre adresse E-mail : abdallah_menad@yahoo.comChapitre 1
Tribus et mesures
1.1 Rappels sur la théorie des ensembles
Dans toute la suite, on considère un ensemble de baseE. On rappelle queP(E)désigne la famille de tous les sous-ensembles deE. Pour tout sous-ensemblesAetBdeEon a A c=fx2E:x =2Ag; le complémentaire deAdansE:AB=fx2E:x2Aetx =2Bg
=A\Bc=A(A\B)AB=BA= (AB)[(BA) = (A[B)(A\B):
1.1.1 Dénombrabilité
Il est essentiel, pour tou ce qui concerne la théorie de la mesure de savoir distinguer ce qui est dénombrable de ce qui ne l"est pas. Dé...nition 1.1L"ensembleXest ditdénombrables"il existe une bijection entreXetN.En d"autre termes, on peut écrire
X=fxn:n2Ng=fx0;x1;:::;xn;:::g;
c"est-à-dire tout ensemble dénombrable pouvant être indexé parN(ou si on peut énumérer
tous ses éléments). Remarque 1.11. Tout ensemble ...ni est dénombrable.2.N;Z;Qsont dénombrables maisRn"est pas dénombrable.
3. Toute partie d"un ensemble dénombrable est dénombrable.
4. Si pour tout entiern2N, l"ensembleAnest dénombrable, alors+1[
n=1A nest dénombrable.5. La propriété 4) reste vraie si l"on remplace la suite(An)n>1par la famille dénombrable
(Ai)i2I, c"est-à-dire avecIdénombrable. 3 46. Tout produit d"un nombre ...ni d"ensembles dénombrables est dénombrable.
En général, les familles dénombrables ou les propriétes qui s"expriment en termes dedénombrabilité sont notées avec le pré...xepour témoigner de leur caractère dénombrable
(exemples :algèbre,additivité).1.1.2 Limites d"ensembles
Dé...nition 1.2SoitEun ensemble non vide et(An)n>1une suite de parties deE, on dé...nit la limite superieure et inferieure de la suite(An)n>1parlimAn= limnsupAn:=\ n>1[ k>nA k=+1\ n=1+1[ k=nA k: lim A n= limninfAn:=[ n>1\ k>nA k=+1[ n=1+1\ k=nA k:Remarque 1.2Notons que
lim A nlimAn k>nA kAk,8k>n; donc k>nA k\ n>1[ k>nA k=limAn; d"où n>1\ k>nA klimAn:Proposition 1.1(Suite convergente d"ensembles)
1. Si(An)nest croissante i.e
A nAn+1;8n>1; alors limAn= limAn=+1[ n=1A n:2. Si(An)nest décroissante i.e
A n+1An;8n>1; alors limAn= limAn=+1\ n=1A n: Dans les deux cas on dira que la suite(An)nest convergente. 5 Pour les suites réelles, rappelons que si(an)nest une suite dansR, on dé...nit lim nsupan= infn>1sup k>na k: lim ninfan= sup n>1infk>nak:Ces deux nombres existent toujours dans
R= [1;+1]:
De même si(fn)nest une suite de fonction d"un ensembleEdansR; fn:E!R, on dé...nitlimnsupfnetlimninffncomme fonctions deEdansR limnsupfn (x) = infn>1sup k>nf k(x): limninffn (x) = sup n>1infk>nfk(x):1.2 Fonctions caractéristiques d"ensembles
Rappelons que la fonction caractéristique (ou indicatrice)Ad"une partieAdeXest la fonctionA:X!Rdé...nie parA(x) =1, six2A
0, six =2A:
Cette fonction ne prend donc que deux valeurs1ou0selon qu"elle est évaluée surAou non. La fonction caractéristique véri...e les propriétés suivantesProposition 1.2SoientXun ensemble non vide etA,BX
1. SiA\B=;alorsA[B=A+B:
2.Ac= 1Aet siBAalorsAB=AB:
3. Si(An)nune suite de parties deXon a alors
limAn= limninfAnetlimAn= limnsupAn:
De plus si lesAnsont disjoints deux à deux, alors +1[ n=1A n=+1X n=1 An1.3 Algèbres et tribus
Dé...nition 1.3(algèbre de Boole) : SoientEun ensemble quelconque non vide etP(E) l"ensemble des parties de l"ensembleE: A P(E)est unealgèbre(de Boole) si pour toutA;B2 A:1.f;;Xg 2 A
62.Ac=EA2 A
3.A\B2 A
4.A[B2 A
C"est unesemi-algèbre(notée) si les conditions 1) et 3) sont véri...ées et que le com- plémentaire d"un élément deest réunion ...nie d"éléments de: Remarque 1.3L"algèbreAengendrée par une semi-algèbre est constituée des réunions ...- nies de parties de Dé...nition 1.4(Tribu oualgèbre) : SoientEun ensemble etT P(E)un ensemble des parties deE.Test une tribu oualgèbre surEsi : 1.E2T2.Test stable par le passage au complémentaire
8A2T; Ac2T:
3.Test stable par la réunion dénombrable
8(An)n2NT;S
n2NA n2T:1.T=f;;EgTribu grossière.
2.T=P(E)Tribu discrète.
Remarque 1.4?2T;?=Ec
Test stable par intersection dénombrable
8(An)n2NT;T
n2NA n2T: T n2NA n=S n2NAcn cEn général, la tribu est stable par n"importe quelle suite dénombrable d"opérations sur les
ensembles.Remarque 1.5SiTest une tribu surEalors
i)E2TcarE=;C ii)Si(An)n>1est une suite deTalorsT n2NA n2T. iii)SiA;B2TalorsAB; AB2TcarAB=A\Bc2TetAB= (AB)[(BA)2T:
Proposition 1.3Test une tribus surEsi et seulement si1.; 2T:
72.Test stable par complémentation et intersection ...nie.
3. Si(An)n>1est une suite deTdisjoints deux à deux (i.eAi\Aj=;;8i6=j), alors
S n2NA n2T:Preuve.La condition nécessaire est évidente. Pour montrer qu"elle est su¢ sante, il su¢ t
de montrer queTest stable par réunion dénombrable, soit donc(An)n>1une suite deTet posons8< :B 1=A1 B n=An\ n1S i=1A i c ; n>2; d"après l"hypothèse (2) de la proposition on aBn2Tpour toutn>1. Pour toutn6=m, si n > mon a B m\BnAm\Bn=Am\An\Ac1\:::\Acm\:::\Acn1=;; d"où B m\Bn=;;8n6=m; d"autre part, il est clair quequotesdbs_dbs21.pdfusesText_27[PDF] matrice de variance et covariance exercice corrigé
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