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  • Théorème de dualité dans les espaces de Lebesgue

    Formulaire de report

    Théorème de Dualité dans les Espace de Lebesgues :
    • \((X,\mu)\) est un espace mesuré
    • \(p\in[1,+\infty[\) et \(q\) est son Exposant conjugué

    $$\Huge\iff$$
    • $$\begin{align} L^q&\longrightarrow (L^p)^*\\ g&\longmapsto\left(\varphi_g:f\mapsto\int_X fg\,d\mu\right)\end{align}$$ est une Isométrie
      bijective


    Démontrer :

    C'est une Isométrie d'après le cas d'égalité de l'Inégalité de Hölder \(\to\) go montrer la surjectivité.

    On suppose \(p\geqslant2\).

    On pose l'ensemble des \(\varphi_g\) \(\to\) on a déjà une inclusion.

    \(F\) est un Fermé de \(E\), car complet car isométrique à \(L^q\).

    On va procéder par l'absurde.

    Il y a une Forme linéaire non nulle de \(E\) qui s'annule sur \(F\) par Critère de densité.

    On utilise le fait que \(L^p\) est un Espace réflexif (via la Première inégalité de Clarkson).

    Le cas d'égalité dans l'Inégalité de Hölder mène à une contradiction \(\to\) ok pour \(p\geqslant2\).

    Le cas \(p\lt 2\) s'obtient en déplaçant les étoiles.