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Niveau Licence Maths 1e ann
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Toujours sur des sous-variétés ...

Posté par
H_aldnoer
11-05-09 à 14:37

Soient \Large S_1 = \{ (x,y,z) \,:\, x^3+yx+z =0 \} et \Large S_2 = \{ (x_1,x_2,x_3,x_4) \,:\, x_1^2+x_2^2=x_3^2+x_4^2=1 \}.

Montrer que ce sont des sous-variétés de classe \Large C^{\infty} de \Large \mathbb{R}^3 et \Large \mathbb{R}^4, puis déterminer leur dimensions et leurs plan tangent en 0.


Bon alors, je pose \Large f_1 : (x,y,z) \to x^3+yx+z qui est \Large C^{\infty}, je calcule sa matrice jacobienne et je trouve \Large J(f)=\begin{pmatrix}3x^2+y&x&1\end{pmatrix} qui est de rang au plus 1, mais c'est 1 à cause de la dernière composante qui est toujours non nulle. Donc le théorème (porte-t-il un nom ?) s'applique, \Large S_1 est sous-variété de classe \Large C^{\infty} de co-dimension 1 et de dimension 3-1=2 : c'est une surface.
Son plan tangent en 0, je cherche le noyau de la jacobienne et je trouve qu'une équation de ce plan est \Large (3x^2+y)h_1+xh_2+h_3=0.


Pour le second, même combat ! Je pose \Large f=(f_1,f_2) et \Large f_1(x)=x_1^2+x_2^2-1 et \Large f_1(x)=x_3^2+x_4^2-1 : f est bien de classe \Large C^{\infty} et sa matrice jacobienne est \Large J(f)=\begin{pmatrix}2x_1&2x_2&0&0\\0&0&2x_3&2x_4\end{pmatrix} qui est de rang au plus 2.

Le rang est 0 ssi c'est la matrice nul, donc ssi \Large x_1=x_2=x_3=x_4=0, mais ce point n'est pas sur \Large S_2.

On regarde tous les déterminants d'ordre 2 : ils sont tous nuls, sauf 4 ou on trouve \Large 4x_1x_3 , \Large 4x_1x_4 , \Large 4x_2x_3 \,et\, \Large 4x_2x_4. Pourqu'ils soient tous nul, il faut et il suffit que \Large x_1=x_2=0 ou \Large x_3=x_4=0 et alors dans ce cas la matrice sera de rang 1. Seulement les points tels que \Large x_1=x_2=0 ou \Large x_3=x_4=0 ne sont pas sur \Large S_2.

Donc \Large J(f) est de rang 2 sur toute \Large S_2, qui est donc une sous-variété selon le théorème de co-dimension 2 et de dimension 4-2=2 : toujours une surface.

Est-ce correct ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 14:40

Posté par
H_aldnoer
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 14:50

Cool

Par contre, si on me dit trouver le plan tangent au point 0, dois-je calculer le noyau au point 0 ?

Donc ici, ça donnerait une équation très réduite du type \Large P := \{(h_1,h_2,h_3) \, :\, h_3=0 \} (on fait le 0 dans \Large (3x^2+y)h_1+xh_2+h_3=0 ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:01

Pour S_1 c'est bien ça. le plan tangent en 0 est le plan xOy ce qui n'a rien de scandaleux!

Posté par
H_aldnoer
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:09

Citation :
Pour S_1 c'est bien ça. le plan tangent en 0 est le plan xOy ce qui n'a rien de scandaleux!




Et pour \Large S_2, je fais la même chose : J(f)(h) = \begin{pmatrix}2(x_1h_1+x_2h_2)\\2(x_3h_3+x_4h_4)\end{pmatrix}.
Quelle est l'équation du plan

Posté par
Camélia Correcteur
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:13

Cette fois tu ne dis pas en quel point tu te places, mais en un point x de S_2 l'équation est

x_1h_1+x_2h_2=0 \\ x_3h_3+x_4h_4=0

ce qui est bien l'équation d'un plan de 4! Une base est par exemple

(-x_2,x_1,0,0)\ et\ (0,0,-x_4,x_3)

Posté par
H_aldnoer
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:24

Ah oui, ce n'est pas préciser pour S_2 !

Comment trouves-tu la base ?!

Posté par
Camélia Correcteur
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:28

Je cherche deux éléments linéairement indépendants qui vérifient l'équation! Cette écriture évite de discuter sur qui est nul ou non nul... Sinon, de la première équation, on tire h_2=-(x_1/x_2)h_1 si x_2\neq 0, donc déjà (-x_1/x_2,1,0,0) est un vecteur du plan, puis pareil pour l'autre...

Posté par
H_aldnoer
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:32

Merci beaucoup !


Dernière question bonus : la sous-variété \Large S_2 est-elle homéomorphe à \Large\mathbb{S}^1\times \mathbb{S}^1 ?

Posté par
Camélia Correcteur
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 15:50

Oui, bien sur, c'est un tore plongé dans R^4. L'homéomorphisme est évident, S_2=\{(x_1,x_2,0,0)|x_1^2+x_2^2=1\}\times \{(0,0,x_3,x_4)|x_3^2+x_4^2=1\} et chaque bout est clairement un cercle!

Posté par
H_aldnoer
re : Toujours sur des sous-variétés ... 11-05-09 à 16:03

Merci pour tout



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