Effectivement, on ne munit pas
de la topologie de la convergence uniforme.
Si on se donne une famille
de semi-normes sur un espace vectoriel E, on peut munir E d'une topologie d'EVT de manière naturelle.
C'est la topologie engendrée par les intersections finies de boules ouvertes pour les semi-normes.
Un EVT dont la topologie est définie par des semi-normes est dit localement convexe.
Pour cette topologie, une suite
converge vers
si et seulement si
tend vers 0, et ce pour tout
.
Un exemple assez courant, c'est l'espaces de fonctions continues sur un ouvert
de
pour la topologie de la convergence uniforme sur les compacts.
Pour chaque compact
, on associe une semi-norme
sur
définie par
, et on définit la topologie correspondante sur
.
Une suite
converge donc vers
si et seulement si elle converge uniformément sur tous les compacts
Ici, on peut trouver une famille dénombrable de semi-normes (celles associées à une suite exhaustive de compacts) qui forme une base de semi-normes pour cette topologie. (ça signifie que toute semi-norme définissant la topologie est majorée par une de ces semi-normes, à un facteur multiplicatif près)
Cette suite de semi-normes est en plus croissante, ce qui permet de montrer que la topologie que l'on vient de construire sur
est métrisable. (il existe une distance qui définit cette topologie)
Par exemple, si
est une suite exhaustive de compacts de
(ça signifie que
et que les
recouvrent
, il en existe toujours pour un ouvert de
), alors on peut prendre la distance
, qui est en plus invariante par translations.
De plus, pour cette distance,
est complet, c'est ce qu'on appelle un espace de Fréchet. (EVT défini par une famille de semi-normes, métrisable et complet)
D'après le théorème de convergence de Weierstrass,
est fermé dans
, donc
est lui-même un espace de Fréchet, pour les mêmes semi-normes.
Dans ce cadre là, on peut définir la notion de partie bornée : c'est une partie qui est bornée pour chaque semi-norme, en un sens évident. (on peut aussi définir la notion de partie bornée dans un EVT quelconque, de manière abstraite)
Le théorème de Montel s'exprime alors en disant que
est un espace de Montel : il est barrelé (je passe là dessus) et tout fermé borné est compact !