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Niveau Licence Maths 1e ann
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Homéomorphes ou non ?

Posté par
COTLOD
01-02-15 à 11:50

Bonjour,
je me demandais si la région de \mathbb{R}^2 définie par R=\{(x,y)\;|\;0\leqslant y\leqslant 1\} est homéomorphe à S=\{(x,y)\;|\;0\leqslant y\}. Je pense que non mais ne sais pas le prouver.
D'autre part je ne suis pas sûr non plus que S n'est pas homéomorphe à \mathbb{R}^2. Encore une fois je pense que non mais je n'ai pas de preuve rigoureuse.

Si quelqu'un connais un argument simple je lui serai reconnaissant.

P.S. S et T sont pris comme sous espaces topologiques de \mathbb{R}^2 et donc sont bien des ouverts.

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 11:57

salut

R2 est ouvert

S est fermé ....

S est l'image réciproque du fermé [0, +oo[ par la fonction continue f(x, y) = y

...

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 12:14

S est une partie fermée de \mathbb{R}^2 pour la topologie de \mathbb{R}^2.
Pour ma question, S est munie de la topologie induite, c'est à dire que B=\{x,y)\;|\;x^2+y^2<1\;et\;0\leqslant y\} est un voisinage ouvert de (0,0)\in S

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 13:00

E = {(x, y) avec 0=< y =< 1}  est la même chose que F = {(x, y} avec -pi/2 =< y =< pi/2}

l'application f(x, y) de ]-pi/2, pi/2[ dans R2 définie par f(x, y) = (x, tan y) est un homéomorphisme ...

donc E et R2 de même que E et S ne sont pas homéomorphe ("il manque deux points" !!!)


dans E l'ensemble {y = k} est compact ...
dans S l'ensemble {y = k} n'est pas compact ....

or l'image d'un compact par un homéomorphisme est compacte ....

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 13:15

Je n'ai pas compris trois choses :
- Quel est l'ensemble de départ de l'homéomorphisme f ?
- Quels sont les deux points qui manquent pour que E et \mathbb{R}^2 soient homéomorphes ?
- pourquoi l'ensemble \{y=k\} est-il compact dans E ?

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 13:28

l'application f(x, y) de R x ]-pi/2, pi/2[ dans R2 définie par f(x, y) = (x, tan y) est un homéomorphisme ...


il manque les points (x, -pi/2) et (x, pi/2) ...


pardon c'est x = k bien sur ....

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 14:16

Je récapitule,
(0) S=\{(x,y)\in\mathbb{R}^2\;|\;0\leqslant y\}
(1) E=\{(x,y)\in\mathbb{R}^2\;|\;0\leqslant y\leqslant 1\} est homéomorphe à F=\{(x,y)\in\mathbb{R}^2\;|\;-\frac{\pi}{2}\leqslant y\leqslant \frac{\pi}{2}\}

(2) f\;:\;\mathbb{R}\times ]-\frac{\pi}{2},\frac{\pi}{2}[\rightarrow \mathbb{R}^2 est un homéomorphisme.

(3) K_E=\{(x,y)\in E\;|\;x=k\} est un compact de E
K_S=\{(x,y)\in S\;|\;x=k\} n'est pas un compact de S.

Je ne voie pas en quoi (2) contredit l'existence d'un homéomorphisme g\;:\;S\rightarrow \mathbb{R}^2 ou d'un homéomorphisme h\;:\;E\rightarrow S.
(3) implique de h n'envoie pas K_E sur K_S, comment en déduire une contradiction ?

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 15:50

(2) :: parce [a, b] n'est pas homéomorphe à ]a, b[ .... (il manque deux points !!!!)

(3) :: voir dernière ligne de 13h

....

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 16:56

Dire que deux espaces topologiques ne sont pas homéomorphes parce que l'un est compact et pas l'autre, parce que l'un est connexe et pas l'autre, parce que l'un est de Baire et pas l'autre, parce que supposer l'existence d'un homéomorphisme aboutit à une contradiction sont pour moi des preuves.
Dire "il manque des points" à partir d'une application continue bien choisie, ne me parait pas satisfaisant.
A propos de K_E et K_S : aucun homéomorphisme ne les fait correspondre, je suis bien d'accord, et ensuite ? Pourquoi un homéomorphisme de E sur S devait les faire correspondre ?

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 17:02

un homéomorphisme de E sur S envoie un compact de E sur un compact de S !!!!

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 17:16

J'ai déjà dit que j'étais d'accord, qu'est-ce que tu en déduis.

Posté par
carpediem
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 17:22

considère f(x, y) = (x, arctan y) est un homéomorphisme de S dans R x [0, pi/2[

et [a, b[ n'est pas homéomorphe à [a, b]

...

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 17:43

Je sais que [a,b] n'est pas homéomorphe à [a,b[ parce que le premier est un espace compact et pas le deuxième. Je cherche un argument de ce niveau de rigueur pour prouver qu'il n'existe pas d'homéomorphisme de S sur \mathbb{R}^2.

Utiliser l'homéomorphisme particulier f et dire qu'il n'est pas prolongeable ne parait pas suffisant.

Dire qu'il manque des points (plus précisément une partie homéomorphe à \mathbb{R}) ne me parait pas suffisant non plus. Après tout on peut enlever une demi-droite à \mathbb{R}^2, ce qu'on obtient est homéomorphe à \mathbb{R}^2.

Carpediem, si tu est capable de faire une preuve rigoureuse avec ce que tu as dis, je m'inclinerais, mais je crois que tu prends tout ça d'un peu trop haut.

Posté par
Robot
re : Homéomorphes ou non ? 01-02-15 à 22:32

On peut enlever un point à S de façon que ce qui reste soit simplement connexe (par exemple, le point (0,0)). Pas pour \R^2.
La caractéristique d'Euler à support compact de \R^2 est 1. Celle de S est 0. Celle de E est -1.

Posté par
etniopal
re : Homéomorphes ou non ? 02-02-15 à 00:03

Supposons que  que A = { (x,y) ² | 0 y 1} et B = { (x,y) ² | 0 y } soient homéomorphes par f : AB

H = { (0,y) ² | 0 y 1} est un compact d'intérieur vide . K = f(H) , aussi .
B\K est connexe tandis que A\H  a 2 composantes connexes .

Posté par
Robot
re : Homéomorphes ou non ? 02-02-15 à 09:40

@lapointe : pourquoi B\setminus K est-il connexe ? Il y a bien des compacts homéomorphes à un segment dans B (qui s'appelait E jusqu'ici) dont le complémentairre a deux composantes connexes. Je ne vois pas du tout ton argument.

Un argument sans caractéristique d'Euler à support compact (qui est très facile à calculer, je peux expliquer si on le souhaite).
Soit B(X) la partie de l'espace X formée des points x tels que X\setminus \{x\} est simplement connexe. Alors B(\R^2) est vide, B(S) a une composante connexe, B(E) deux composantes connexes.

Posté par
COTLOD
re : Homéomorphes ou non ? 02-02-15 à 11:31

Merci à [b]Robot[/b ]pour cet argument simple. J'avais pensé à un raisonnement qui commence comme celui de etniopal mais il fallait faire une discussion sur f(H).



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