Adloun

Montrer que pour tous x, y : | ‖x‖ - ‖y‖ | ≤ ‖x - y‖ (seconde…

Application directe du cours · niveau 3 (difficile) · mathématiques MPSI, chapitre 15 — Espaces préhilbertiens réels · B. Cauchy-Schwarz et normes

Énoncé

Montrer que pour tous : (seconde inégalité triangulaire), et que la norme est -lipschitzienne — donc continue.

Corrigé

Stratégie : appliquer l'inégalité triangulaire à un découpage astucieux — deux fois, et symétriquement. L'astuce tient en une ligne : on écrit comme somme de et de .

a) Une première inégalité. Pour tous :

b) La seconde, par symétrie. Le même calcul en échangeant les rôles de et donne (la dernière égalité parce que ).

⚠️ Le second passage n'est pas une redite. Sans lui, on n'aurait qu'une majoration d'un seul côté, et rien n'autoriserait à écrire une valeur absolue. Ce sont les deux inégalités ensemble — encadrant entre et — qui donnent le résultat, et c'est la symétrie qui permet de les réunir sous le même majorant.

c) La norme est -lipschitzienne. L'application , , vérifie donc elle est lipschitzienne de rapport . Une application lipschitzienne est uniformément continue, donc continue : pour , le choix convient quel que soit le point où l'on se place. La constante est optimale (prendre : , l'inégalité est une égalité).

Contrôle. , : , , différence ; et , ✓ — inégalité largement stricte. Cas d'égalité : avec donne et ✓ ; l'égalité a lieu quand et sont colinéaires de même sens, cas d'égalité de l'inégalité triangulaire.

Ce que l'exercice installe. La continuité de la norme est utilisée sans arrêt et presque toujours sans être nommée : c'est elle qui autorise à passer à la limite dans une inégalité, à écrire , ou à affirmer qu'une suite bornée en norme le reste à la limite. On la reverra au chapitre 16 sous le nom de continuité uniforme, dont « lipschitzienne » est le cas le plus fort et le plus commode.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.