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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Image réciproque d'ouverts/fermés par application continue

Posté par
Kernelpanic
13-08-19 à 11:55

Bonjour,

on se donne deux espaces topologiques (X, \mathcal{T}_X) et (Y, \mathcal{T}_Y) ainsi qu'une application (ou fonction) f : (X, \mathcal{T}_X) \to (Y, \mathcal{T}_Y). On démontre alors que les propositions sont équivalentes :

f continue l'image réciproque de tout ouvert de Y est un ouvert de X l'image réciproque de tout fermé de Y est un fermé de X

Aucun souci de ce côté. Néanmoins  quelque chose me gêne. Peut-on dire que si on prend une partie A de Y et que son image réciproque par f est un ouvert, alors A est un ouvert ? Je me pose cette question car dans une démonstration d'une propriété sur la topologie finale d'un espace X, c'est ce que j'ai compris. Je poste cette démonstration au cas où j'ai mal interprété la chose :

"Soit (Y_i, \mathcal{T}_i) une famille d'espaces topologiques et on se donne pour chaque i I : f_i : Y_i \to X. On veut munir X de la manière la plus économique possible, d'une topologie \mathcal{T} rendant continues toutes les f_i.

Là on montre comment former \mathcal{T} et vient la proposition. On suppose alors que \mathcal{T} est, dans la suite, la topologie permettant aux f_i d'être continues.

Prop : \mathcal{T} jouit de la propriété universelle suivante : si (Z, \mathcal{T}_Z) est un espace topologique et g une application de X dans Z, g est continue si et seulement si les g \circ f_i : Y_i \to Z sont toutes continues.

Démo :

"" OK.

"\Leftarrow"

Si les g \circ f_i sont toutes continues, soit W \in \mathcal{T}_Z et i I ; f_i^{-1}(g^{-1}(W)) = (g \circ f_i)^{-1}(W) \in \mathcal{T}_i ; donc par définition g^{-1}(W) \in \mathcal{T} et g est continue. "

En voulant démontrer que si l'image réciproque d'une partie A de Y par f est un ouvert de X,  alors A est un ouvert de Y, je n'arrive pas à conclure. J'ai fait par disjonction de cas.

Si A est un ouvert de Y, c'est tautologique. Si A n'est pas ouvert, alors :

- ça peut être un fermé, donc son image réciproque est un fermé : OK (c'est alors absurde)
- si ce n'est ni un ouvert, ni un fermé : je n'arrive pas à conclure...

Voilà, merci d'avance de vos réponses.

Posté par
lafol Moderateur
re : Image réciproque d'ouverts/fermés par application continue 13-08-19 à 12:16

Bonjour
Je me demande si tu ne ferais pas mieux de dire que si A n'est pas ouvert il y a dans A au moins un y au voisinage duquel on peut trouver des points extérieurs à A ?
Si y est une image par ton application regarde la continuité en x tel que l'image de x soit y. S'il n'en est pas une il ne modifiera pas l'image réciproque de A
À formaliser un peu, tout ça

Posté par
WilliamM007
re : Image réciproque d'ouverts/fermés par application continue 13-08-19 à 12:21

Bonjour,

Soit f:x\mapsto x^2. Alors f^{-1}([0,1[)=]-1,1[. L'intervalle ]-1,1[ est ouvert, pourtant [0,1[ ne l'est pas. D'où la réponse à ta question :

Citation :
Peut-on dire que si on prend une partie A de Y et que son image réciproque par f est un ouvert, alors A est un ouvert ?

Non.

Alors pourquoi l'auteur affirme-t-il que g^{-1}(W)\in\mathcal T ? Il utilise en fait la définition de la topologie finale \mathcal T, qui est la topologie la plus fine possible rendant toutes les applications f_i continues. On peut facilement démontrer que cette topologie est nécessairement
\mathcal T=\{U\subset X\mid\forall i\in I,\ f_i^{-1}(U)\in\mathcal T_i\}.

En effet, si une topologie \mathcal T' rend toutes les applications f_i continues alors on voit qu'on a nécessairement \mathcal T'\subset\mathcal T. De plus, on vérifie facilement que \mathcal T est une topologie. C'est donc la plus fine.

Ici, f_i^{-1}(g^{-1}(W))\in\mathcal T_i pour tout i, donc par définition de \mathcal T, g^{-1}(W)\in\mathcal T.

Posté par
Kernelpanic
re : Image réciproque d'ouverts/fermés par application continue 13-08-19 à 12:40

Bonjour à vous deux.

Merci pour vos réponses, j'ai bien compris pourquoi l'auteur affirme ceci.  Le "par définition" aurait dû me mettre la puce à l'oreille...

Bonne journée à vous deux.



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