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Niveau Licence Maths 1e ann
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Démontrer la densité d'un ensemble dans R

Posté par
Shurkan
26-01-19 à 14:16

Bonjour à tous,

En première année de licence nous avons commencé la topologie et le professeur nous a donné une question, je pense avoir trouvé la démonstration mais je doute de sa pertinence. Je vous serais extrêmement reconnaissant de me venir en aide.

Voici la question:

Montrer que l'ensemble des rationnels dyadique :

{ \frac{p}{2^k} ; (p,k)  \in \mathbb{Z} x \mathbb{N} }

est dense dans  \mathbb{R}

Voici ma démonstration:

Nous voulons montrer que:

pour tout x \in   \mathbb{R}, pour tout  \epsilon > 0, il existe au moins (p,k)   \in  \mathbb{Z} x \mathbb{N},
 \frac{p}{2^k} -   \epsilon  < x<  \frac{p}{2^k} +   \epsilon

Pour cela on pose A = ]   \frac{p}{2^k} -   \epsilon ,  \frac{p}{2^k} +   \epsilon  [

Montrons que l'ensemble A est non vide.

Pour cela supposons que A est vide.

Or ( \frac{p}{2^k} -   \epsilon +  \frac{p}{2^k} +   \epsilon / 2) = ( \frac{2*p}{2^k} / 2 =  \frac{p}{2^k}  \in A.

Or cela est absurde comme on a supposé que A est vide.
Donc A est non vide.

Donc A est un intervalle ouvert de   \mathbb{R} et non vide.
Donc il existe une infinité de réels x \in A.
Donc l'ensemble dyadique est dense dans  \mathbb{R}.

Je vous remercie énormément d'avance.

Posté par
Camélia Correcteur
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 14:27

Bonjour

J'ai l'impression que tu es parti à l'envers! Tu as prouvé que le complémentaire des diadiques est dense.

Il faut montrer que dans tout intervalle non vide ]a,b[ il existe au moins un diadique!

Posté par
luzak
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 14:36

Bonjour !
Si tu pars d'un réel x tu ne peux pas te contenter de montrer que l'ensemble A est non vide ! Et ajouter qu'il contient une infinité de x, réel unique dans ta démonstration.
Il faut surtout montrer l'existence d'un (p,k) qui convienne !
Autrement dit vérifiant : x-\varepsilon<\dfrac{p}{2^k}<x+\varepsilon

Posté par
milton
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 16:49

Salut
1-Montre l'énoncé pour  a=0,b=1 avec la méthode de dichotomie.
2-Tu en déduis que qu'il existe un p-adique   r  tel que 0<r<\frac{1}{2}(b-a)
 \\       .
3-En suite tu remarque que si  r  est rationnel p-adique et  m  un
     entier alors  r+m  est rationnel p-adique puis tu conclus.

Posté par
Shurkan
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 19:33

Bonjour à tous,

Merci énormément pour vos réponses.
En effet, j'ai complètement raté mon raisonnement en montrant l'existence de x et en concluant ce qui ne démontre rien...

J'ai essayé de refaire mon raisonnement comme dit:

On suppose qu'il existe x appartenant à R et epsilon > 0.

Alors  E(x) <= x < E(x) + 1
alors  (E(x) + 1 - 1) 2^0 <= x < (E(x) + 1) / 2^0
on pose p = E(x) + 1:
alors: p / 2^0 - 1 -  \epsilon <= x  < p / 2^0 + \epsilon (1)

Ce qui vérifie l'inégalité de départ avec p/ 2^0 qui appartient à A.
On a donc bien trouvé un couple qui vérifie l'inégalité.

Par contre encore une fois j'ai peur que la conclusion soit mauvaise et que l'inégalité (1) ne correspond pas à celle que l'on veut montrer :/

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 20:33

salut

2^0 = ... ?

soit D = \{ \dfrac p {2^k}  /  (p, k) \in \Z \times \N \} l'ensemble des rationnels dyadiques

par définition de D alors D = E + \N avec E = \{ \dfrac p {2^k}  /  (p, k) \in [[0, 2^k]] \times \N \}

donc montrer que D est dense dans R équivaut à montrer que E est dense dans [0, 1]

car pour tout réel x : x - E(x) \in [0, 1]

posons alors y = x - E(x) et soit h > 0 un réel

alors il existe un entier k tel que 2^k > \dfrac 1 h \iff \dfrac 1 {2^k} < h

alors [0, 1] \cup_{p = 0}^{p = 2^k - 1} \left[\dfrac p {2^k}, \dfrac {p + 1} {2^k} \right]

alors y appartient à l'un de ces intervalles et donc on a trouver un dyadique e de E tel que |y - e| < h

donc E est dense dans [0, 1]

et si on pose n = E(x) et f = n + e alors alors f est un dyadique de D et |x - n| < h

Posté par
Shurkan
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 20:54

Merci Carpediem.

Le 2^0 représente 2 puissance 0.
Dans ta démonstration il y a des choses que je ne comprends pas car on ne l'a pas encore étudié comme par exemple: le U ect. mais j'ai compris l'essentiel.

Néanmoins je ne sais pas si ma démonstration est bonne :/ est-ce que vous pourriez me dire ce qui y est correcte et faux?

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 21:09

et ça vaut combien 2^0 ? donc ta démonstration ne va pas du tout ...

et le symbole de l'union tu connais pas ?

Posté par
Shurkan
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 21:15

2^0? Comme 2 puissance 0 vaut 1 je voulais ruser pour encadrer x par des rationnels dyadiques car on aurait bien un entier relatif sur 2 puissance 0.

Je ne vois pas où placer le symbole de l'union dans ma démonstration? :/

Posté par
Shurkan
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 21:17

Ah je suis bête j'avais mal compris vos propos.
Je connais le symbole de l'union c'est juste que dans votre U il semble y avoir des indices  dont je ne comprends pas la signification

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 22:19

ben je fias une union de plusieurs intervalle donc j'utilise un indiçage ... comme quand on écrit une somme avec le symbole

Posté par
Foxdevil
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 26-01-19 à 23:55

Bonsoir,

On peut aussi procéder par la caractérisation des sous groupes additifs de \mathbb{R}.

Posté par
etniopal
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 09:55


Soient b est un entier > 1  et S(b)   l'ensemble des suites u :  *    {0 , 1 ,....,b - 1}  .
On montre que pour tout x de [0 , 1[ il existe  u dans S(b) telle que la suite n   \sum_{k=1}^{n}{\frac{u(k)}{b^k}}   converge vers x  .

Cela entraîne que D(b) = { p/bk │ (p,k)    est dense dans [0 , 1[ .

Par ailleurs  pour tout x réel  il existe v : {0 , 1 ,....,b - 1}  nulle àpcr telle que    x -\sum_{k }{ u(k).b^k}} \in [0,1[ .
Et cela  entraîne que D(b) est dense dans .

Si b = 10 on parle d'approximation des réels par des décimaux .
Dans l'exercice  où b = 2 ,  on parle d'approximation des réels par des des dyadiques .


Posté par
Shurkan
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 10:52

Merci beaucoup à tous pour vos réponses

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 10:58

de rien

Posté par
etniopal
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 11:46

Mais la preuve la plus simple  du fait que les  D(b)  sont  denses dans   est celle que propose Foxdevil  .
Chaque D(b)  est un sous-groupe  de ( , +)  qui ne peut être de la forme .a .

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 11:56

c'est simple si on connait ce résultat ...

il me semble que ce que je propose est autrement plus simple (idée de milton)

Posté par
Foxdevil
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 12:15

Shurkan @ 27-01-2019 à 10:52

Merci beaucoup à tous pour vos réponses
avec plaisir

etniopal @ 27-01-2019 à 11:46

Mais la preuve la plus simple  du fait que les  D(b)  sont  denses dans   est celle que propose Foxdevil  .
Chaque D(b)  est un sous-groupe  de ( , +)  qui ne peut être de la forme .a .



carpediem @ 27-01-2019 à 11:56

c'est simple si on connait ce résultat ...

il me semble que ce que je propose est autrement plus simple (idée de milton)
En effet, le résultat n'est pas "trivial".  Mais on peut raisonnablement espérer qu'un élève qui suit un cours de topologie l'ait croisé (ou le croisera) un jour ou l'autre...

Posté par
carpediem
re : Démontrer la densité d'un ensemble dans R 27-01-19 à 12:37

certes mais par définition le futur ... n'est pas encore arrivé !!  



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