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Involutions continues

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
12-08-05 à 02:26

Bonjour tout le monde;
le post d'andretou "fonctions réciproques particulières" m'a donné une idée d'un exercice assez intéréssant:
Une involution f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} est-elle continue ? je sais que la réponse est non il suffit pour le voir de considérer la fonction:f: \mathbb{R}\to\mathbb{R} x\to\{{x;x\in\mathbb{Q}\\1-x;sinon
Une involution monotone de \mathbb{R}\to\mathbb{R} est-elle continue ?
en cas de croissance oui car on montre que l'on a nécéssairement f=Id_{\mathbb{R}}(voir topic"fonctions réciproques particulières")qui est bien continue.
j'arrive maintenant à l'objet de mon post:
Une involution décroissante de \mathbb{R}\to\mathbb{R} est-elle nécéssairement continue?
Voilà,bonne chance pour ceux que ça intéresse

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 03:58

of course, les involutions monotones sont continues :
f monotone sur R est continue si, et seulement si, son image est un intervalle, ce qui est bien sur le cas si f est involutive (son image étant R tout entier par surjectivité)...

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Involutions continues 12-08-05 à 06:38

Bonsoir gothmog,merci pour ta réponse mais j'aimerais bien que tu m'expliques comment on montre le résultat que tu as cité: "f monotone sur R est continue si, et seulement si, son image est un intervalle."
merci d'avance.

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 09:19

le sens direct est le théorème des valeurs intermédiaires.
Pour la réciproque, dans le cas décroissant par exemple (on obtient le cas croissant avec la fonction $x \longmapsto f(-x)$), on raisonne par contraposée et on suppose, par exemple, que f n'est pas continue à gauche en $x_0$ [on utilise ici le fait qu'une fonction monotone sur R admet une limite à gauche finie $f(x^-) = {\rm inf}_{y < x}f(y)$  et une limite à droite finie $f(x^+) = {\rm sup}_{y > x}f(y)$ en tout point $x$, ie est réglée ; elle est alors continue en $x$ ssi $f(x^-) = f(x) = f(x^+)$. Notons que dans le cas monotone, par exemple dans le cas $f$ décroissant, on a déjà les inégalités $f(x^-) \geq f(x) \geq f(x^+)$]. Toujours dans le cas décroissant, cette hypothèse exprime le fait que $f(x^-) > f(x)$, mais alors aucun point de l'intervalle $]f(x); f(x^-)[$ n'est atteint par $f$ (décroissance de $f$ à nouveau)...

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 09:21

après la fermeture du crochet, il faut bien sûr lire x_0 au lieu de x à chaque fois...

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 09:22

et à la deuxième ligne, entre les crochets, lire décroissante à la place de monotone puisque j'ai donné l'expression...

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 09:25

Corrigé et mis en forme, ça donne :

le sens direct est le théorème des valeurs intermédiaires.
Pour la réciproque, dans le cas décroissant par exemple (on obtient le cas croissant avec la fonction  x \mapsto f(-x) ), on raisonne par contraposée et on suppose, par exemple, que f n'est pas continue à gauche en x_0 [on utilise ici le fait qu'une fonction monotone sur R admet une limite à gauche finie f(x^-) = {\rm inf}_{y < x}f(y)  et une limite à droite finie f(x^+) = {\rm sup}_{y > x}f(y) en tout point x, ie est réglée ; elle est alors continue en x ssi f(x^-) = f(x) = f(x^+). Notons que dans le cas monotone, par exemple dans le cas f décroissant, on a déjà les inégalités f(x^-) \geq f(x) \geq f(x^+)]. Toujours dans le cas décroissant, cette hypothèse exprime le fait que f(x^-) > f(x), mais alors aucun point de l'intervalle ]f(x); f(x^-)[ n'est atteint par f (décroissance de f à nouveau)...

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 12-08-05 à 09:26

j'ai oublié de faire la deuxième correction ; décidément ça va pas terrible aujourd'hui

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Involutions continues 12-08-05 à 17:31

Bonjour gothmog et encore merci pour tes explications.
On sait mainenant qu'une involution monotone est continue.Je me pose la question suivante:
soit f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} une involution décroissante et h:\{{\mathbb{R}\to\mathbb{R}\\x\to-x existe-t-il une bijection continue g:\mathbb{R}\to\mathbb{R} (ie un homéomorphisme) telle que:
f=g^{-1}ohog ?

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 13-08-05 à 10:16

En d'autres termes une involution décroissante est-elle topologiquement conjuguée à -id ?
J'ai l'impression que c'est plus délicat...

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Involutions continues 15-08-05 à 04:30

Bonsoir gothmog;effectivement comme tu l'as exprimé:
Une involution décroissante de \mathbb{R} est topologiquement conjuguée à -Id_{\mathbb{R}}.
Démonstration:
soit f:\mathbb{R}\to\mathbb{R} une involution décroissante considérons la fonction
g:\{{\mathbb{R}\to\mathbb{R}\\g(x)=f(x)-x
g est continue décroissante car somme de 2 fonctions continues décroissantes et donc
g(\mathbb{R})=]\lim_{+\infty}g,\lim_{-\infty}g[=]-\infty,+\infty[ (car \lim_{-\infty}f=-\lim_{+\infty}f=+\infty)
c'est donc bien un homéomorphisme de \mathbb{R}
d'autre part on a bien:
(\forall x\in\mathbb{R}) g(f(x))=f(f(x))-f(x)=x-f(x)=-g(x) et donc que:
(\forall x\in\mathbb{R})f(x)=g^{-1}(-g(x))
ie:
3$\red f=g^{-1}o(-Id_{\mathbb{R}})og
CQFD

Posté par gothmog (invité)re : Involutions continues 15-08-05 à 11:19

bien vu !!

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : Involutions continues 15-08-05 à 17:45

On peut aussi énoncer le résultat comme ceci:
Dans le groupe des homéomorphismes de \mathbb{R} toute involution se conjugue à \pm Id_{\mathbb{R}}.



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