T. Popoviciu, Notes sur les généralisations des fonctions convexes d’ordre supérieur (III), Bull. de la Sect. sci. de l’Acad. Roum., 24 (1942) no. 6, pp. 409-416 (in French)
1942 g -Popoviciu- Bull. Sect. Sci. Acad. Roum. - Notes sur les generalisations des fonctions convex
NOTES SUR LES GENERALISATIONS DES FONCTIONS CONVEXES D'ORDRE SUPERIEUR (III) ^(1){ }^{1} )
PAR
TIBERIU POPOVICIU
Note présentée par Mr. S. Stoilow, Mc. A. R. das la seance du 9 janvier 1912
LES FONCTIONS D'ORDRE ( n∣kn \mid k ) ET LES FONCTIONS D'ORDRE nn PAR SEGMENTS
Dans la note précédente ^(2){ }^{2} ) nous avons défini les fonctions d'ordre nn par segments. Nous allons montrer maintenant qu'il y a une étroite liaison entre ces fonctions et les fonctions d'ordre ( n∣kn \mid k ) que nous avons étudié dans la note I de cette série ^(3){ }^{3} ). Nous allons voir, en effet, que toute fonction d'ordre nn par segments est d'un certain ordre (n∣k)(n \mid k) déterminé et, réciproquement, toute fonction d'ordre ( n∣kn \mid k ) est d'ordre nn par segments.
2. Démontrons d'abord le
Théorème 1. Toute fonction d'ordre n par segments et de caractéristique hh est au plus d'ordre ( n∣(h-1)(n+2)n \mid(h-1)(n+2) ).
Soit e={x_(1),x_(2),dots,x_(m)}e=\left\{x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{m}\right\} une suite finie (et ordonnée) de l'ensemble E de définition de la fonction. On peut supposer que parmi ces points au plus 2(n+1)2(n+1) appartiennent à chacun des sous-ensembles E_(i)^(**)E_{i}^{*} de la décomposition canonique. Autrement, en effet, ee est certainement réductible.
Si nous avons s > 1,x_(j-1)*EE_(i)^(**),x_(j),x_(j+1),dots,x_(j+n+s)inE^(**)s>1, x_{j-1} \cdot \mathcal{E} E_{i}^{*}, x_{j}, x_{j+1}, \ldots, x_{j+n+s} \in E^{*}, x_(j+n+s+1)inL_(i+1)^(**)x_{j+n+s+1} \in L_{i+1}^{*}, la suite
ne présente pas de variations. Ceci nous montre que le cas le moins avantageux est si m=h(n+2),x_((i-1)(n+2)+j)-=E_(i)^(**),j=1,2,dotsm=h(n+2), x_{(i-1)(n+2)+j} \equiv E_{\mathbf{i}}^{*}, j=1,2, \ldots, n+2,i=1,2,dots,hn+2, i=1,2, \ldots, h et si la suite d_(n+1)d_{n+1} de ee présente le nombre
maximum de variations possibles. En effet, si on ajoute encore des points à un tel e on n'élève pas le nombre des variations de la suite d_(n+1)d_{n+1}. La suite d_(n+1)d_{n+1} de ee a alors h(n-2)-n-1h(n-2)-n-1 termes et présente done au plus ( h--1h--1 ) ( n+2n+2 ) variations.
Démontrons maintenant le
Théorème 9. Toute fonction dordre nn par segments et de caraetéristique hh est an moins dordre ( n∣h-1n \mid h-1 ).
Nous faisons la démonstration par induction sur le nombre hh. Pour h=1h=1 la propriété est évidente car la fonction est alors d'ordre nn sur EE. Pour h=2h=2, la Fonction n'est pas d'ordre nn on pent done trouver denx differences divisées [x_(1),x_(2),dots,x_(n+2);i]\left[x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{n+2} ; i\right]. [.x^(')_(1),x^(')_(2),dots,x^(')_(n+2);f]\left[. x^{\prime}{ }_{1}, x^{\prime}{ }_{2}, \ldots, x^{\prime}{ }_{n+2} ; f\right] non mulles et de signes contraires. De la formule de la moyenne des différences divisées il résulte immédiatement que la suite d_(n+1)d_{n+1} de la réunion des points x_(i),x_(i)^(')x_{i}, x_{i}^{\prime} présente au moins une variation.
Examinons le eas h > 2h>2. Supposons que la propriété soit vraie jusqu'à h-1h-1 et démontrons - la pour hh. La lonetion étant de caractéristique h-1h-1 sur E-E_(h)^(**)E-E_{h}^{*} on peut trouver, par hypothèse, la suite {x_(1),x_(2),dots,x_(r),x_(r+1),dots,x_(r+r^('))},x_(i)in E-E_(h)^(**)-E_(h-1)^(**),i=1\left\{x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{r}, x_{r+1}, \ldots, x_{r+r^{\prime}}\right\}, x_{i} \in E-E_{h}^{*}-E_{h-1}^{*}, i=1, 2,dots,r,x_(r+i)epsiE_(h-1),i=1,2,dots,r^(')2, \ldots, r, x_{r+i} \varepsilon E_{h-1}, i=1,2, \ldots, r^{\prime} telle que la suite d_(n+1)d_{n+1} correspondante présente au moins h-2h-2 variations. Il se peut, bien' entendu, que r^(')=0r^{\prime}=0, alors tous les x_(i)epsi E-E_(h)^(**)-E_(h-1)^(**)x_{i} \varepsilon E-E_{h}^{*}-E_{h-1}^{*}. La fonetions étant de caractéristique 2 sur E_(h-1)^(**)+E_(h)^(**)E_{h-1}^{*}+E_{h}^{*}, on peut trouver la suite {x_(1),x_(2),dots,x_(s)^('),x_(s+1)^('),dots,x_(s+s^('))^(')}\left\{x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{s}^{\prime}, x_{s+1}^{\prime}, \ldots, x_{s+s^{\prime}}^{\prime}\right\} telle que x_(i)^(')epsiE_(h-1)^(**),i=1,2,dots,sx_{i}^{\prime} \varepsilon E_{h-1}^{*}, i=1,2, \ldots, s, x_(s+i)^(')epsiE_(h)^(**),i=1,2,dots,s^(')x_{s+i}^{\prime} \varepsilon E_{h}^{*}, i=1,2, \ldots, s^{\prime} et la suite d_(n+1)d_{n+1} correspondante présente au moins une variation. Ici s >= 1,s^(') >= 1,s+s^(') >= n+3s \geq 1, s^{\prime} \geq 1, s+s^{\prime} \geq n+3 d'après la proprété qui caraée >= 0\geq 0, d apres la propriete qui caracterise une decomposition propre. Parmi les points x_(i),x_(i)x_{i}, x_{i} appartenant à E_(h-1)^(**)E_{h-1}^{*} il y a s^('')s^{\prime \prime} distincts, r^(')+s >= s^('') >= max(r^('),s)r^{\prime}+s \geqq s^{\prime \prime} \geqq \max \left(r^{\prime}, s\right). Désignons par ee l'ensemble des x_(i),x_(i)x_{i}, x_{i} distincts appartenant à E-E_(h)^(**)E-E_{h}^{*} et par e^(')e^{\prime} l'ensemble des x_(i),x_(i)x_{i}, x_{i} distincts appartenant à E_(h-1)^(**)+E_(h)^(**)E_{h-1}^{*}+E_{h}^{*}. La suite d_(n+1)d_{n+1} de la rémion de ee et e^(')e^{\prime} est
(1) quadDelta_(n+1)^(1)(f),Delta_(n+1)^(2)(f)dots,Delta_(n+1)^(r+epsi^('')+s^(')-n-1)(f)\quad \Delta_{n+1}^{1}(f), \Delta_{n+1}^{2}(f) \ldots, \Delta_{n+1}^{r+\varepsilon^{\prime \prime}+s^{\prime}-n-1}(f)
et alors les suites d_(n+1)d_{n+1} de ee et de e^(')e^{\prime} sont
(2) quadDelta_(n+1)^(1)(f),Delta_(n+1)^(2)(f),dots,Delta_(n+1)^(r+s^('')-n-1)(f)\quad \Delta_{n+1}^{1}(f), \Delta_{n+1}^{2}(f), \ldots, \Delta_{n+1}^{r+s^{\prime \prime}-n-1}(f),
(3) quadDelta_(n+1)^(r+1)(f),Delta_(n+1)^(r+2)(f),dots,Delta_(n+1)^(r+3s^('')+3'-n-1)quad(f)\quad \Delta_{n+1}^{r+1}(f), \Delta_{n+1}^{r+2}(f), \ldots, \Delta_{n+1}^{r+3 s^{\prime \prime}+3 \prime-n-1} \quad(f)
respectivement, La suite (2) présente an moins h-2h-2 variations et la suite (3) au moins une variation. Si les suites (2), (3) n'ont pas de termes communs, la suite (1) présente au moins h-1h-1 variations. Si r^('')=s^('')-n-1 >= 1r^{\prime \prime}=s^{\prime \prime}-n-1 \geq 1, les suites (2), (3) ont les termes communs Delta_(n+1)^(r+1)(f),Delta_(n+1)^(r+2)(f),dots,Delta_(n+1)^(r+r^(n))(j)\Delta_{n+1}^{r+1}(f), \Delta_{n+1}^{r+2}(f), \ldots, \Delta_{n+1}^{r+r^{n}}(j) et cette suite ne présente pas de
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variations puisqu'elle est la suite d_(n+1)d_{n+1} d'une suite de points appartenant à E_(h-1)^(**)E_{h-1}^{*}. Il en résalte encore que (1) présente an moins h-1h-1 variations. Le théorème 2 est done démontsé.
3. Il reste à montrer que toute fonction d'ordre ( n∣kn \mid k ) est d'ordre nn par segments. Il suffira de démontrer que si la fonetion r'est pas d'ordre nn par segments, elle n'est pas d'un ordre ( n∣n \mid k) déterminé.
Démontrons d'abord le
Lemme 1. Si la fonction f n'est pas dordre n par segments sur EE, on peut décomposer cet ensemble en dene sous-ensembles conséculijs E^((1)),E^((2))E^{(1)}, E^{(2)} de manicre que: 1^(@)1^{\circ} Sur l'un an moins des ensembles E^((1)),E^((2))E^{(1)}, E^{(2)} la fonction n^(')n^{\prime} est pas d'ordre nn par segments. 2^(@)2^{\circ} La fonction n'est pas d'ordre nn sur les ensembles E^((1)),E^((2))E^{(1)}, E^{(2)}.
II est chair que EE ne peul ètre un ensemble fini et que chacun des ensembles E^((1)),E^((2))E^{(1)}, E^{(2)} doit avoir an moins n+3n+3 points. La première partie est évidemment vraie pour toute décomposition en deux sous-ensembles consécutifs. Démontrons done la seconde partie. Soit E_(1),E_(2)E_{1}, E_{2} une décomposition de EE en deux sous-ensembles consécutifs, chacun des sous-ensembles ayant au moins n+3n+3 points. Si la fonction n'est pas d'ordre nn sur E_(1)E_{1} et sur E_(2)E_{2} Ia propriété est démontrée et on peut prendre E^((1))=E_(1),E^((2))=E_(2)E^{(1)}=E_{1}, E^{(2)}=E_{2}. Supposons le contraire, donc que sur l'un des ensembles E_(1),E_(2)E_{1}, E_{2} la fonction soit d'ordre nn. Soit, pour fixer les idées, E_(1)E_{1} cet ensemble. Alors E_(2)E_{2} contient me infinité de points et la fonction n'est pas d'ordre nn par segments sur cet ensemble. Soit x_(0)x_{0} l'extrémité droite de l'ensemble des x in Ex \in E tels que sur l'intersection de EE avec l'intervalle ( a,ca, c ) la fonction soit d'ordre nn, a étant l'extrémité gauche de E(alpha=min E)E(\alpha=\min E). L'ensemble des xx tels que x_(0) > x in Ex_{0}>x \in E est alors inlini. II est clair qu'il existe un x_(1) > x_(0),x_(1)epsi Ex_{1}>x_{0}, x_{1} \varepsilon E tel que la fonetion ne soit pas d'ordre nn par segments sur l'intersection de EE avec l'intervalle ( x_(1),bx_{1}, b ), bb étant l'extrémité droite de E(b=max E)E(b=\max E). En prenant comme E^((2))E^{(2)} ce dernier ensemble et E^((1))=E-E^((2))E^{(1)}=E-E^{(2)} ]e lemme 1 est complètement démontré.
Nous pouvons maintenant démontrer le
Théorème 3. Si une fondion n'est pas d'ordre n par segments sur EE et si kk est un nombre naturel, on peut trouver une suite finie de EE dont la suile d_(n+1)d_{n+1} présente au moins kk pariations.
Cette propriété démontre, évidemment, qu'une fonction qui n'est pas d'ordre nn par segments ne peut ètre d'un ordre ( n∣kn \mid k ) déterminé.
Passons à la démonstration du théorème. Soit E^((1)),E^((2))E^{(1)}, E^{(2)} une décomposition de EE satisfaisant au lemme 1 . Désignons par U^((1))U^{(1)} l'un de ces sous-ensembles sur lequel la fonction n'est pas d'ordre nn par segments et soit. U_(1)U_{1} l'autre sous-ensemble. Sur U_(1)U_{1} la fonction n'est pas d'ordre nn. Nous procédons de la mème manière avee U(1)U(1). et nous en déduisons un U_(2)subU^((1))U_{2} \subset U^{(1)} sur lequel la fonction n'est pas.
d'ordre nn, tel que sur U^((1))-U_(2)=U^((2))U^{(1)}-U_{2}=U^{(2)} elle ne soit pas d'ordre nn par segments. De U^((2))U^{(2)} nous déduisons, de la même manière U_(3),U^((3))U_{3}, U^{(3)} et ainsi de suite. Si nous faisons kk fois cette opération, nous déduisons les sous-ensembles (sections de EE )
(4)
U_(1),U_(2),dots,U_(k)U_{1}, U_{2}, \ldots, U_{k}
de EE, qui sont disjoints et la fonction n'est d'ordre nn sur aucun de ces ensembles. Les ensembles (4), rangés dans un certain ordre
donnent une décomposition en sous-ensembles consécutifs de leur somme U_(1)+U_(2)+dots+U_(k)U_{1}+U_{2}+\ldots+U_{k}.
La fonction n'étant pas d'ordre nn sur les U_(i)^(**)U_{i}^{*}, on peut trouver une suite finie e_(i) <= U_(i)^(**)e_{i} \leqq U_{i}^{*} dont la suite d_(n+1)d_{n+1} présente au moins une variation i=1,2,dots,ki=1,2, \ldots, k. Il en résulte que la suite d_(n+1)d_{n+1} de e=e_(1)+e_(2)+dots+e_(k)e=e_{1}+e_{2}+\ldots+e_{k} présente au moins kk variations.
Le théorème 3 est donc démontré.
Il est clair qu'on peut obtenir une suite partielle de ee dont la suite d_(n+1)d_{n+1} présente exactement kk variations.
Remarque. Dans le cas particulier n=-1n=-1, il est clair que toute fonction de caractéristique hh est d'ordre ( -1∣h-1-1 \mid h-1 ) et réciproquement.
4. En nous rapportant aux résultats des notes précédentes, remarquons que si n=-1n=-1, toute suite maximisante et irréductible a hh termes, dont un appartient à chacun des E_(i)^(**)E_{i}^{*} de la décomposition canonique. Ce cas ne présente donc pas beaucoup de particularités. Au contraire pour n >= 0n \geq 0 nous pouvons faire d'intéressantes remarques sur les fonctions d'ordre nn par segments. Nous allons d'abord examiner le cas n=0n=0, donc le cas des fonctions monotones par segments.
pour une fonction ff, monotone par segments et soient a_(i),b_(i)a_{i}, b_{i} les extrémités (gauche et droite) de E_(i),i=1,2,dots,mE_{i}, i=1,2, \ldots, m.
Nous allons considérer maintenant certaines suites finies e_(epsi)e_{\varepsilon} de EE définies de la manière suivante: 1^(@)1^{\circ} Si E_(i)E_{i} a un seul point ce point appartient à e_(epsi)e_{\varepsilon}. 2^(@)2^{\circ} Si E_(i)E_{i} a au moins deux points, il a en commun avec e_(epsi)e_{\varepsilon} exactement deux points x_(i),y_(i)x_{i}, y_{i}. Si a_(i)epsiE_(i)a_{i} \varepsilon E_{i} on a x_(i)=a_(i)x_{i}=a_{i} et si a_(i)a_{i} n'appartient pas à E_(i)E_{i} on a x_(i)^(')-a_(i) < epsix_{i}^{\prime}-a_{i}<\varepsilon. Si b_(i)epsi,E_(i)b_{i} \varepsilon, E_{i} on a y_(i)^(')=b_(i)y_{i}^{\prime}=b_{i} et si b_(i)b_{i} n'appartient pas à E_(i)E_{i} on prend b_(i)-y_(i) < epsib_{i}-y_{i}<\varepsilon. 3^(@)3^{\circ}. Le nombre positif epsi\varepsilon est assez petit pour que l'on ait x_(i)^(') < y_(i)^(')x_{i}^{\prime}<y_{i}^{\prime} et de phus f(x_(i)^('))!=f(y_(i)^('))f\left(x_{i}^{\prime}\right) \neq f\left(y_{i}^{\prime}\right) si la fonction ne se réduit pas à une constante sur E_(i)(i=1,2,dots,m)E_{i}(i=1,2, \ldots, m).
Si EE n'est pas borné à gauche ( a_(1)=-ooa_{1}=-\infty ), la condition x_(1)-a_(1) < epsix_{1}-a_{1}<\varepsilon doit ètre remplaçée par x^(˙)_(1) < -(1)/(epsi)\dot{x}_{1}<-\frac{1}{\varepsilon} et si EE n'est pas borné à droite ( b_(m)=+oob_{m}=+\infty ), la condition b_(m)-y_(m)^(') < epsib_{m}-y_{m}^{\prime}<\varepsilon doit être remplaçée par y_(m)^(') > (1)/(epsi)y_{m}^{\prime}>\frac{1}{\varepsilon}. Il peut, bien entendu, arriver qu'il n'y ait qu'un seul e_(epsi)e_{\varepsilon}. Ceciarrive si d_(i),b_(i)inE_(i),i=1,2,dots,md_{i}, b_{i} \in E_{i}, i=1,2, \ldots, m et, en particulier, si EE est fini.
On voit done que e_(epsi)e_{\varepsilon} contient deux sortes de points. Les points fixes, qui coincident avec une extrémité a_(i),b_(i)a_{i}, b_{i} et les points variables qui sont à une distance moindre que epsi\varepsilon de l'une des extrémités a_(i),b_(i)a_{\boldsymbol{i}}, b_{\boldsymbol{i}}.
Démontrons maintenant le
Lemme 2. Si les points pariables de es s'approchent des extrémités a_(i),b_(i)a_{i}, b_{i} correspondantes, le nombre des variations de la suite d_(1)d_{1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} ne peut pas diminuer.
Il suffit de démontrer la propriété lorsque un de ces points varie. Si ce point est x_(1)^(')x_{1}^{\prime} ou y_(m)^(')y_{m}^{\prime}, la propriété est immédiate et le nombre des variations de la suite d_(1)d_{1} ne change pas. Supposons maintenant, pour fixer les idées, qu'un y_(i)^(')y_{i}^{\prime} varie. Si la fonction est constante sur E_(i)E_{\mathbf{i}} le nombre des variations ne change pas. Dans le cas contraire, il n'y a diminution éventuelle du nombre des variations que si f(x_(i)^('))f\left(x_{\mathbf{i}}^{\prime}\right) --f(y_(i)^(')),f(y_(i)^('))-f(x_(i+1)^('))-f\left(y_{i}^{\prime}\right), f\left(y_{i}^{\prime}\right)-f\left(x_{i+1}^{\prime}\right) sont de signes contraires. Ici x_(i+1)^(')x_{i+1}^{\prime} désigne le point unique de E_(i+1)E_{i+1} si cet ensemble est formé par un seul point. Mais si y_(i)^(')y_{i}^{\prime} croit vers b_(i),f(x_(i))-f(y_(i)^('))b_{i}, f\left(x_{i}\right)-f\left(y_{i}^{\prime}\right) ne peut diminuer en valeur absolue, donc f(y_(i)^('))-f(x_(i+1)^('))f\left(y_{i}^{\prime}\right)-f\left(x_{i+1}^{\prime}\right) ne peut diminuer en valeur absolue. D'autre part, f(y_(i))f\left(y_{i}\right) variant dans le même sens, on voit, qu'on ne perd pas de variations dans la suite d_(1)d_{1}. On fait la démonstration de Ta même manière si un x_(i)^(')x_{i}^{\prime} décroit vers a_(i)a_{i}.
On en déduit que si epsi\varepsilon tend vers zéro, le nombre des variations de la suite d_(1)d_{1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} tend vers une limite kk, qui est évidemment finie.
On peut aussi dire qu'il existe un nombre positif epsi_(1)\varepsilon_{1} tel que pour epsi < epsi_(1)\varepsilon<\varepsilon_{1} la suite d_(1)d_{1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} présente kk variations. Si e_(epsi)={x_(1),x_(2),dots,x_(r)}e_{\varepsilon}=\left\{x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{r}\right\} on peut, d'ailleurs, remplacer la suite d_(1)d_{1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} par la suite
(6) quad f(x_(2))-f(x_(1)),f(x_(3))-f(x_(2)),dots,f(x_(r))-f(x_(r-1))\quad f\left(x_{2}\right)-f\left(x_{1}\right), f\left(x_{3}\right)-f\left(x_{2}\right), \ldots, f\left(x_{r}\right)-f\left(x_{r-1}\right)
De cette façon chaque décomposition (5) est caractérisée par un certain nombre kk. Nous avons le
Théorème 4. La fonction f est d'ordre ( 0∣k0 \mid k ).
En effet, il existe des suites finies ee de EE dont la suite d_(1)d_{1} présente k variations. Ces sont, en particulier, les suites e pour e assez petit.
Soit maintenant ee une suite finie quelconque de EE et considérons un e_("e ")e_{\text {e }} de manière que: 1^(@)epsi < epsi_(1),epsi_(1)1^{\circ} \varepsilon<\varepsilon_{1}, \varepsilon_{1} étant le nombre positif defini plus haut. 2^(@)2^{\circ} Si E_(i)E_{i} contient plus d'un point et si la partie commune e_(i)e_{i} de ee et de E_(i)E_{i} n'est pas vide, on a e_(i)sube_{i} \subset intervalle fermé (x_(i)^('),y_(i)^(')),x_(i)^('),y_(i)^(')\left(x_{i}^{\prime}, y_{i}^{\prime}\right), x_{i}^{\prime}, y_{i}^{\prime} étant les points de e_(epsi)e_{\varepsilon} appartenant à E_(i)E_{i}.
Soient e^(**)e^{*} la réunion des suites e,e_(epsi)e, e_{\varepsilon}. Si de e^(**)e^{*} on supprime les points qui n'appartiennent pas à e_(epsi)e_{\varepsilon}, on ne diminue pas le nombre des variations de la suite d_(1)d_{1}, ce qui résulte du fait que la fonction est monotone sur chacun des ensembles E_(i)E_{i}. Il en résulte que la suite d_(1)d_{1} de e^(**)e^{*} présente exactement kk variations, done la suite d_(1)d_{1} de e présente au plus kk variations, d'où résulte le théorème 4.
5. Reprenons la décomposition (5). La fonction ff est monotone sur E_(i)E_{i}. Si a_(i),b_(i)a_{i}, b_{i} sont toujours les extrémités de EE on a ou bien a_(i)epsiE_(i)a_{i} \varepsilon E_{i} et nous prenons alors c_(2i-1)=f(a_(i))c_{2 i-1}=f\left(a_{i}\right), ou bien la limite
{:[lim f(x)=c_(2i-1)],[E_(i) >= x rarra_(i)]:}\begin{array}{r}
\lim f(x)=c_{2 i-1} \\
E_{i} \geqslant x \rightarrow a_{i}
\end{array}
existe au sens propre ou est +oo+\infty ou -oo-\infty. De mème, ou bien h_(i)epsiE_(i)h_{i} \varepsilon E_{i} et nous prenons alors c_(2i)=f(b_(i))c_{2 i}=f\left(b_{i}\right), ou bien la limite
lim f(x)=c_(2i),\lim f(x)=c_{2 i},
E_(i)ℑx rarrb_(i)E_{i} \Im x \rightarrow b_{i}
existe au sens propre ou est +oo+\infty ou -oo-\infty.
En particulier, si E_(i)E_{i} est formé par un seul point on a a_(i)=b_(i)a_{i}=b_{i} et c_(2i-1)=c_(2i)=f(a_(i))c_{2 i-1}=c_{2 i}=f\left(a_{i}\right).
Dans cette suite nous convenons, comme d'habitude, que (+oo)--u=u-(-oo)=(+oo)-(-oo)=+oo > 0,(-oo)-u=u- vec(D)(+oo)=(-oo)-(+oo)=-oo < 0(+\infty)- -u=u-(-\infty)=(+\infty)-(-\infty)=+\infty>0,(-\infty)-u=u- \vec{D}(+\infty)=(-\infty)-(+\infty)=-\infty<0 si uu est un nombre fini. De plus, nous ferons les conventions (+oo)-(+oo)=(-oo)-(+\infty)-(+\infty)=(-\infty)- - -(-oo)=0-(-\infty)=0. Alors chaque terme de la suite (7) est ou bien nul ou bien a un signe déterminé. La suite (7) peut être regardée comme la limite, pour epsi rarr0\varepsilon \rightarrow 0, de la suite (6) correspondante à un e_(epsi)e_{\varepsilon}, en supprimant éventuellement certains termes nuls provénant du fait que certains E_(i)E_{i} peuvent avoir un seul point. La suite (7) présente donc kk variations.
De ce qui précéde il résulte donc que
Théorème 5. Le nombre des eariations de la suite (7), correspondante à la décomposition (5), est indépendant de cette décomposition. Si kk est ce nombre, la fonction est d'ordre ( 0∣k0 \mid k ) sur EE.
On peut établir l'invariance du nombre des variations de la suite (7), indépendamment de la définition, déjà donnée, de l'ordre d'une fonction. On a ainsi une nouvelle définition de l'ordre d'une fonction monotone par segments.
6. Nous allons étendre maintenant les résultats précédents au cas n > 0n>0. Nous allons, tout d'abord, construire les suites es. dans ce cas. Pour celà précisons les points de es qui appartiennent à un E_(i)E_{i}. Soit d'abord i!=1,mi \neq 1, m, donc E_(i)E_{i} n'est ni le premier ni le dernier terme de la décomposition (5) de EE pour la fonction ff, d'ordre nn par segments. Si E_(i)E_{i} a moins de 2(n+1)2(n+1) points tous ces points appartiennent à e_(epsi)e_{\varepsilon}. Si E_(i)E_{i} a au moins 2(n+1)2(n+1) points il a en commun avec e_(epsi)e_{\varepsilon} exactement 2(n+1)2(n+1) points x_(i)^('),x_(i)^(''),dots,x_(i)^((n+1));y_(i)^('),y_(i)^(''),dots,y_(i)^((n+1))x_{i}^{\prime}, x_{i}^{\prime \prime}, \ldots, x_{i}^{(n+1)} ; y_{i}^{\prime}, y_{i}^{\prime \prime}, \ldots, y_{i}^{(n+1)}. Convenons que x_(i)^(') < x_(i)^('') < dots < x_(i)^((n+1))*y_(i)^(') > y_(i)^('') > dots > y_(i)^((n+1))x_{i}^{\prime}<x_{i}^{\prime \prime}<\ldots<x_{i}^{(n+1)} \cdot y_{i}^{\prime}>y_{i}^{\prime \prime}>\ldots>y_{i}^{(n+1)}. Si aa n'appartient pas à E_(i)E_{i} nous prenons x_(i)-u_(i) < epsi,x_(i)-x_(i) < epsi,dots,^(i)x_(i)^((n+1))-x_(i)^((n)) < epsix_{i}-u_{i}<\varepsilon, x_{i}-x_{i}<\varepsilon, \ldots,{ }^{i} x_{i}^{(n+1)}-x_{i}^{(n)}<\varepsilon. Si a_(i)epsi Ea_{i} \varepsilon E, désignons par a_(i)a_{i} l'extrémité gauche de E-a_(i)E-a_{i}, par a_(i)^('')a_{i}^{\prime \prime} l'extrémité gauche de E-(a+a_(i))E-\left(a+a_{i}\right) et ainsi de suite. Le cas général est que a_(i),a_(i),dots,a_(i)^((r-1))a_{i}, a_{i}, \ldots, a_{i}^{(r-1)} sont des points isolés de E_(i)E_{i} et a_(i) < a_(i) < dots < a_(i)^((r-1)) < a_(i)^((r))=a_(i)^((r+1))=dotsa_{i}<a_{i}<\ldots<a_{i}^{(r-1)}<a_{i}^{(r)}=a_{i}^{(r+1)}=\ldots Alors deux cas peuvent se présenter: 1^(@)a_(i)^((r))epsiE_(i)1^{\circ} a_{i}^{(r)} \varepsilon E_{i} et nous prenons x_(i)^(')=a_(i),x_(i)^('')=a_(i)^(')x_{i}^{\prime}=a_{i}, x_{i}^{\prime \prime}=a_{i}^{\prime} ,.., x_(i)^((r+1))=u_(i)^((r)),x_(i)^((r+2))-x_(i)^((r+1)) < epsi,x_(i)^((r+3))-x_(i)^((r+2)) < epsi,dotsx_{i}^{(r+1)}=u_{i}^{(r)}, x_{i}^{(r+2)}-x_{i}^{(r+1)}<\varepsilon, x_{i}^{(r+3)}-x_{i}^{(r+2)}<\varepsilon, \ldots. a_(i)^((n+1))-x_(i)^((n)) < epsi,2^(@)a_(i)^((r))a_{i}^{(n+1)}-x_{i}^{(n)}<\varepsilon, 2^{\circ} a_{i}^{(r)} n'appartient pas i E_(i)E_{i} et nous prenons alors x_(i)^(')=a_(i),x_(i)^('')=a_(i)^('),dots,x_(i)^((r))=a_(i)^((r-1)),x_(i)^((r+1))-x_(i)^((r)) < epsi,x_(i)^((r+2))-a_(i)^((r+1)) < epsi,dots,x_(i)^((n+1))-x_(i)^((n)) < epsi.11x_{i}^{\prime}=a_{i}, x_{i}^{\prime \prime}=a_{i}^{\prime}, \ldots, x_{i}^{(r)}=a_{i}^{(r-1)}, x_{i}^{(r+1)}-x_{i}^{(r)}<\varepsilon, x_{i}^{(r+2)}-a_{i}^{(r+1)}<\varepsilon , \ldots, x_{i}^{(n+1)}-x_{i}^{(n)}<\varepsilon .11 se peut, bien entendu, que r >= n+1r \geq n+1, alors tous les points x_(i)x_{i} ont une position fixe. Les points y_(i)^('),y_(i)^(''),dots,y_(i)^((n+1))y_{i}^{\prime}, y_{i}^{\prime \prime}, \ldots, y_{i}^{(n+1)} sont distribués de la même manière au voisinage de l'extrémité b_(i)b_{i}. Il reste à préciser les points de e_(epsi)e_{\varepsilon} appartenant à E_(1)E_{1} et à E_(m)E_{m}. Si E_(1)E_{1} a moins de n+2n+2 points tous ces points appartiennent à e_(epsi)e_{\varepsilon}. Si E_(1)E_{1} a au moins n+2n+2 points il a en commun avec e_(epsi)e_{\varepsilon} exactement n+2n+2 points x_(1)^('),y_(1)^('),y_(1)^(''),dots,y_(1)^((n+1))x_{1}^{\prime}, y_{1}^{\prime}, y_{1}^{\prime \prime}, \ldots, y_{1}^{(n+1)}, où les n+1n+1 derniers points sont distribués dans le voisinage de b_(1)b_{1} comme plus haut. Le point x_(1)^(')x_{1}^{\prime} coincide avec a_(1)a_{1} si a_(1)epsi Ea_{1} \varepsilon E et on a x_(1)^(')-a_(1) < epsix_{1}^{\prime}-a_{1}<\varepsilon si a_(1)a_{1} n'appartient pas à E_(1)E_{1}. Lorsque a_(1)=-ooa_{1}=-\infty nous prenons x_(1)^(')x_{1}^{\prime} tel que x_(1)^(') < -^(1)x_{1}^{\prime}<-{ }^{1}
Il en est exactement de mème pour E_(m)E_{m}, sauf qu'ici nous aurons n+1n+1 points dans le voisinage de a_(m)a_{m} et un point dans le voisinage de b_(m)b_{m}.
De cette façon l'ensemble es est parfaitement caractérisé. Si le nombre positif epsi\varepsilon est assez petit, on a x_(i)^((n+1)) < y_(i)^((n+1)),i=2,3,dotsx_{i}^{(n+1)}<y_{i}^{(n+1)}, i=2,3, \ldots, m-1,x_(1) < y_(1)^((n+1)),x_(m)^((n+1)) < y_(m)m-1, x_{1}<y_{1}^{(n+1)}, x_{m}^{(n+1)}<y_{m}. Il peut encore arriver que ^(')epsi{ }^{\prime} \varepsilon soit
complètement déterminé. C'est ce qui arrive, par exemple, si EE est fini et epsi\varepsilon est suffisamment petit. En général, les points de e_(epsi)e_{\varepsilon} sont les uns fixes et les autres variables en décroissant vers ai ou en croissant vers b_(i)b_{i}.
Nous avons encore le
Théorème 6. Il existe un nombre positif epsi_(1)\varepsilon_{1}, tel que, pour epsi < epsi_(1)\varepsilon<\varepsilon_{1}, la suite d_(n+1)d_{n+1} de e epsi\varepsilon présente le même nombre kk de pariations.
Nous allons suivre ici, pour la démonstration, une voie un peu différente de celle dans le cas n=0n=0. La fonction étant d'ordre nn par segments, le nombre des variations de la suite d_(n+1)d_{n+1} d'une suite ee a un maximum, autrement dit la fonction est d'un certain ordre (n∣k)(n \mid k). Soit ee une suite maximisante et e_(i)e_{i} la partie de ee appartenant à E_(i)E_{i}. Considérons alors une suite e_(epsi)e_{\varepsilon}. Si epsi > 0\varepsilon>0 est assez petit tous les points de e_(i)e_{i} qui n'appartiennent pas à e_(epsi)e_{\varepsilon} sont dans l'intervalle (x_(i)^((n+1)),y_(i)^((n+1)))[:}\left(x_{i}^{(n+1)}, y_{i}^{(n+1)}\right)\left[\right. ou (x_(i)^('),y_(i)^((n+1)))\left(x_{i}^{\prime}, y_{i}^{(n+1)}\right) si i=1,(x_(m)^((n+1)),y_(m)^('))i=1,\left(x_{m}^{(n+1)}, y_{m}^{\prime}\right) si {:i=m]\left.i=m\right]. Il en résulte que les suites d_(n+1)d_{n+1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} et de la réunion e^(**)e^{*} de ee et e_(epsi)e_{\varepsilon} présentent le même nombre de variations. Mais e étant maximisante, e^(**)e^{*} est aussi maximisante, donc la suite d_(n+1)d_{n+1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} présente kk variations et le théorème est démontré.
On peut énoncer la propriété précédente aussi sous la forme suivante:
Théorème 7. Si epsi > 0\varepsilon>0 tend vers zéro, le nombre des variations de la suite d_(n+1)d_{n+1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} tend vers une limite. Si kk est cette limite, la fonction est d'ordre ( n∣kn \mid k ) sur EE.
Soit e_(epsi)={x_(1),x_(2),dots,x_(r)}e_{\varepsilon}=\left\{x_{1}, x_{2}, \ldots, x_{r}\right\}. La suite d_(n+1)d_{n+1} de e_(epsi)e_{\varepsilon} peut être remplaçée par la suite
Donc si epsi rarr0\varepsilon \rightarrow 0, le nombre des variations de cette suite tend vers kk.
On peut encore introduire une suite analogue à (7), en utilisant les dérivées jusqu'à l'ordre nn des fonctions d'ordre nn et les limites de ces dérivées lorsqu'on s'approche d'une extrémité a_(i)a_{i} ou b_(i)b_{i} et qui existent toujours au sens propre ou impropre. Nous laissons de côté cette généralisation.
^(1)){ }^{1)} Cette note a été sous presse dans le Bulletin de la Faculté des Sciences de Cernăuți en Juin 1940. Ayant réussi a retrouver le manuscrit je le publie maintenant sans modifications. ^(2){ }^{2} ) Bulletin de la Sec. Sci. de l'Acad. Roumaine t. 22. ^(2){ }^{2} Disquisitiones Mathematicae et Physicae, 1, 35-42, 1940.