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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Ensembles totalement bornés

Posté par
toureissa
16-11-18 à 17:26

Bonsoir,

J'ai besoin d'aide sur cet exercice.

Énoncé :

Un ensemble A est dit totalement borné , si pour tout \epsilon>0, existent x^1,...,x^n \in \R^d un nombre fini des points, n=n_{\epsilon} tels que :

A\subset \bigcup_{i=1}^{n}{B(x^i,\epsilon)}

Montrer que A est compact si et seulement si A est totalement borné et fermé.

• je suppose que A est compact et je souhaite démontrer que A est totalement borné.

Je ne sais pas quelle définition de la compacité, il faut utilisé ici .

Si je prend cette définition :

A est compact si toute suite d'éléments de A admet une sous-suite convergente.
Je ne sais non plus comment arrivé à montrer le but.
J'ai beaucoup essayer , mais ça ne va pas .

Merci pour votre aide !

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 18:10

Bonjour toureissa.
Ici, je pense qu'il faut utiliser ici l'axiome de Borel-Lebesgue sur l'extraction de recouvrements finis.

Posté par
Poncargues
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 19:32

Dit comme ca. Le resultat est faux.
Tu es sur que tu ne vx pas dire que A est complet au lieu de A ferme.
Ferme dans quoi?

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 21:27

@Poncargues, j'ai écrit comme ça se trouve dans l'énoncé.
Peut-être fermé dans \R^d ?

@jsvdb je dois montrer que :

de tout recouvrement de A par des ouverts on peut extraire un recouvrement fini ?

Si oui . Pouvez-vous me donnez une idée de commencer ?

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:07

Je préfère l'appellation de "précompact" à "totalement borné", question d'habitude.

Dans tout espace métrique, on a la suite d'implication pour une partie A de X :

A compact A relativement compacte A précompacte A bornée

Alors, dans un espace vectoriel de dimension finie, si en plus d'être précompacte, A est fermée, alors oui, A est compacte. Comme on travaille avec \R^n, pas de soucis.
_________________________________

Il faut donc montrer l'implication : A précompacte A bornée.
Mais ça c'est évident sur la définition en prenant \varepsilon = 1
Comme en plus A est fermé, alors A est compacte.
_________________________________
Il reste donc à montrer que A compacte A précompacte et fermée

Que A soit fermé, c'est une évidence puisqu'elle est compacte.

Si A est compacte, alors elle relativement compacte, c'est-à-dire que son adhérence est compacte.
Soit donc \varepsilon > 0
On considère la famille B(a,\varepsilon)_{a \in \bar A} : c'est une famille d'ouverts recouvrant \bar A
Comme \bar A est compacte, il existe a_1,\cdots,a_{k_\varepsilon} \in \bar A tels que A \subset \bar A \subset \bigcup_{j=1}^{j=k}{B(a_j,\varepsilon)}, ce qui est la définition de la précompacité de A.

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:20

Merci jsvdb , j'ai compris la démonstration.

Maintenant j'aimerais savoir si ça c'est vrai :

si A est compact alors A\Fr(A) est relativement compact ?

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:23

que peux-tu dire de \bar {A\backslash Fr(A)} ?

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:27

\bar{A\backslash Fr(A)}=A

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:29

Oui merci.

un ensemble est relativement compact si son adhérence est compact .

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:30

Je peux dire que tout ouvert borné est relativement compact ?

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:30

Oui, naturellement ! Or A est compacte, donc A\Fr(A) est relativement compacte par définition.
Rappel : une partie d'un espace topologique est relativement compacte si son adhérence est compacte.

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:32

Ah ! nos messages se sont croisés

toureissa @ 16-11-2018 à 22:30

Je peux dire que tout ouvert borné est relativement compact ?

Si on est en dimension finie, oui ...

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 16-11-18 à 22:35

Merci  beaucoup , j'ai compris cette notion.

Bonne soirée !

Posté par
Poncargues
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 11:04

Ca m'etonné beaucoup qu'on te demande de prouver ce résultat pour une partie de R^d, il devient veritablement trivial puisque les compacts sont simplement les fermés bornés.

Le resultat X espace métrique est compact ssi il est totalement borné (ou précompact) et complet n'est pas dur à prouver (meme en utilisant la définition métrique de la compacité). C'est domage de passer à coté.

Le sens direct est évident, une suite de cauchy ayant une valeur d'adherence est convergente et si ton espace n'est pas totalement borné alors on a une suite dont tout boule de rayon assez petit ne contient au plus qu'un terme de la suite, donc ne peut avoir de valeur d'adhérence.
Le sens réciproque est à peine plus dur. Prend (x_n) une suite, spécialise epsilon en 1/n, alors X est recouvert par un nombre fini de boules  de rayon 1/n, donc une boule contient une infinité de termes de la suite, tu prend pour la suite extraite, le x_n de plus petit rang dans cette boule et tu réapplique le processus pour epsilon=1/(n+1) à la suite obtenue en ne gardant que les termes qui sont dans la boule en question. Tu obtiens ainsi une suite de cauchy.

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 11:12

Je crois bien que la démonstration que j'ai faite 16-11-18 22:07 est valable dans un espace métrique quelconque (à vérifier)

Posté par
Poncargues
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 11:22

Ben tu prouves que A fermé et précompacte implique A fermé et borné, mais fermé et borné n'est pas équivalent à compact dans un espace métrique.

Posté par
Poncargues
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 11:27

Par ailleurs je précise aussi que le résultat suivant : Soit A une partie d'un espace métrique, alors A est compacte ssi A est fermée et pré-compacte, est faux.

Il faut nécessairement une hypothèse de plus, cela peut être la complétude de X ou plus fort la locale compacité de X (ce qui est le cas de R^d par exemple).

Posté par
jsvdb
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 11:44

Effectivement il faut une hypothèse de complétude en plus.

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 13:31

À chaque fois que je cherche une définition d'espace complet , même sur le net je trouve :

Un espace est complet si toute suite de Cauchy est convergente.

Peut-on comprendre ça d'une autre manière ?

Posté par
toureissa
re : Ensembles totalement bornés 17-11-18 à 13:45

Merci je vient de comprendre.

Un espace complet est un espace qui ne contient pas de trou. Par exemple les nombres rationnels ne peut pas former un espace complet.



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