C'est un théorème général sur la convolution (qui ne marche que sur un segment). L'idée, c'est :
L'intégrale 1 te dit que P_n n'est qu'un poids, une moyenne. Moyenne mobile, puisque on fait varier x.
La positivité te facilite la vie et les calculs pour la preuve, mais on peut s'en passer.
Puisque l'intégrale sur [delta,1] tend vers 0 à l'infini, la fonction va se concentrer au voisinage de 0. À la limite et avec les mains, on récupère un Dirac, qui n'est autre que l'évaluation en 0 : "P_oo(x-y) = 1 si x=y, 0 sinon". Du coup, "int(0,1,P_oo(x-y)f(y)dy) = f(x)". Je mets des guillemets, mais si tu as entendu un discours similaire en physique, ce n'est pas un hasard.
La preuve n'est pas très difficile si tu fais attention aux epsilon qui ne vnt pas manquer d'apparaître. TU fixes un x dans [0,1], tu regardes |P_n * f(x) - f(x)|, où P_n * f désigne l'intégrale plus haut. Tu peux écrire ceci comme int(0,1,P_n(y)f(x-y) - P_n(y)f(x) dy). Tu coupes l'intervalle d'intégration en deux parties : de 0 à delta et de delta à 1, delta étant non encore fixé.
Si delta est choisi petit, l'intégrale de 0 à delta est majorée par epsilon, car f est uniformément continue. C'est là que tu as besoin de supposer que int(0,1,P_n) = 1.
Si n est assez grand, la deuxième intégrale est plus petite que epsilon, d'après l'autre hypothèse sur P_n et le fait que f est bornée. 