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Niveau Maths sup
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mq ensemble de fonctions est ouvert

Posté par
HighSchool2005
09-03-08 à 11:09

Bonjour,

une fois encore, je fais appel à votre aide généreuse pour résoudre un problème de topologie.

On travaille sur l'espace des fonctions continues de [a,b] dans R.
V est un ouvert de R. On doit montrer que U = { f \in E | f([a,b]) \subset V}

est un ouvert.

Je pense qu'on doit utiliser le fait que l'image de f([a,b]) est un compact mais je ne vois pas comment.

Merci d'avance.

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 11:22

Bonjour HighSchool2005

Oui, tu as eu une bonne idée :
Notons K le compact f([a,b]).

Si V est \Large{\mathbb{R}} tout entier, alors il n'y a rien à faire (car alors U contient toutes les fonctions continues sur [a,b] qui est bien un ouvert).
Sinon, son complémentaire, que l'on note W, est non vide.

1) Que peux-tu dire de W ?
2) Si l'on note d la distance entre le compact K et W, que peux-tu dire de d ? Pourquoi ?

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 15:02

Parles-tu du complémentaire de U ou de K ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 15:04

Je parle du complémentaire de U.

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 15:27

Dans ce cas, W est { g \in E | g([a,b]) \not\subset V}
g([a,b]) = ]- \infty, s[ \cup ]t, + \infty [ avec s, t \in \R
L'image de g est un ouvert.
Je ne comprends pas trop comment on peut parler d'une distance entre un compact
de R et un ensemble d'applications

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 15:31

Désolé, je me suis trompé : Comme écrit dans mon premier message, W est le complémentaire de l'ouvert V.

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 15:56

Je comprends un peu mieux maintenant.

Pour la distance entre K et W, je dirais que c'est la même chose que la distance minimale (inf) entre K et la frontière de V. Je pense que j'arrive assez bien à me le représenter étant donné qu'on est dans R.
Je ne vois pas comment représenter cette distance mathématiquement et surtout à quoi ça va nous mener.

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:00

par définition, cette distance vaut \Large{\inf(||x-y||,(x,y)\in K\times W)}.

Cela dit, tu n'as pas encore répondu à mes deux questions (voir mon message de 11h22).

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:02

Pour information : cette distance va nous permettre d'exhiber une boule de centre la fonction f qui va être inclus dans U (et du coup, on aura montré que U est ouvert).

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:14

d'ac
W est fermé, comme complémentaire de l'ouvert V.

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:21

pour la distance je ne sais pas trop quoi en dire.

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:30

Citation :
W est fermé, comme complémentaire de l'ouvert V.


OK !

Citation :
pour la distance je ne sais pas trop quoi en dire.


Voyons voir : Comme K est inclus dans V et W est inclus dans le complémentaire V, alors W et K sont disjoints. De plus K est compact et tu viens de dire que W est fermé.
donc ...

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:34

La distance est strictement positive.

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 16:41

toutafé ! (Saurais-tu le montrer ?)

Notons cette distance d.

i) Pour \Large{\varepsilon > 0}, "explicite" ce qu'est la boule fermée de centre f et de rayon \Large{\varepsilon}.

ii) Donne alors une condition suffisante sur \Large{\varepsilon} pour que cette boule soit incluse dans U (c'est là que la distance entre K et W va intervenir).

iii) conclure

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 17:52

i) Soit g une application de cette boule.
|| f-g || <= \epsilon
Alors pour tout x de [a,b], |f(x) - g(x) | <= \epsilon

ii) On peut prendre \epsilon < d(K,W) > 0 On pourrait prendre aussi un epsilon plus grand mais je crois que celui-là convient.

iii) g([a,b]) \in K donc g \in U
donc U contient une boule ouverte donc U est un ouvert.

Pour montrer que d(K,W) > 0, je ne suis pas très sure de moi. A mon avis, cela vient du fait que K n'est pas ouvert et W est fermé or le complémentaire d'un fermé est ouvert donc K n'est pas le complémentaire de W donc K ne recouvre pas V et il y a bien des éléments dans V qui ne sont pas dans K.

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 18:01

Salut


Puis-je m'incruster ?

Comme K compact, il existe k \in K tel que d(K,W)=d(k,W)

Supposons d(K,W)=0

Alors d(k,W)=0 d'où k \in \bar{W}=W car W fermé

Donc k \in K \cap W

Impossible.

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 18:05

i)

Citation :
Alors pour tout x de [a,b], |f(x) - g(x) | <=\epsilon


c'est ça : c'est l'ensemble des fonction continues g tels que pour tout x, on ait cette inégalité.

ii) oui, il suffit de prendre un tel epsilon (par exemple, \Large{\varepsilon =\frac{d(K,W)}{2}})

iii)

oui (plus précisément, il existe une boule de centre f et de rayon strictement positif inclus dans U. f étant arbitraire, U est ouvert).

Citation :
Pour montrer que d(K,W) > 0, je ne suis pas très sure de moi. A mon avis, cela vient du fait que K n'est pas ouvert et W est fermé or le complémentaire d'un fermé est ouvert donc K n'est pas le complémentaire de W donc K ne recouvre pas V et il y a bien des éléments dans V qui ne sont pas dans K.


ça ne suffit pas : entre deux ensembles disjoints, il peut très bien avoir une distance nulle (par exemple, entre l'axe des abscisses et la courbe d'équation y=1/x, la distance est nulle)
Tu remarqueras que tu n'as pas utilisé la compacité de K.
Bref, pour une démo regarde ici : topo compact

Kaiser

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 18:53

Ce que je propose ne marche pas  ?

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:01

?

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:02

En fait je répondais juste à :

Citation :
toutafé ! (Saurais-tu le montrer ?)

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:05

Justement, je réfléchissais à l'existence du k : on sait qu'il existe k dans K et x dans W tel que d(k,x)=d(K,W). Ce que tu dis est légèrement différent (mais je ne dis pas que ce n'est pas bon)

Kaiser

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:08

Merci de répondre kaiser

Je viens de regarder dans mon cours, et le fait qu'il existe d(k,W)=d(K,W) est une proposition de mon cours de topo.

EN fait, nous avons d'abord montré ce que tu dis, à savoir :

Citation :
on sait qu'il existe k dans K et x dans W tel que d(k,x)=d(K,W)

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:08

et le fait qu'il existe k ....

Posté par
fusionfroide
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:17

Je vais mettre la démo, ça me fera réviser

Considérons l'application d_B : A -> R qui est continue.

Pour tout a dans A, on a : d_B(a)=d(a,B)

Puisque A est compact, alors il existe a_1 dans A minimum de la fonction d_B

Donc : d_B(a_1)=\min_{a \in A} dB(a)

Par suite : d(a_1,B)=d_B(a_1)=\min_{a\in A} d_B(a)=\inf_{a \in A} d_B(a)=\inf_{a \in A} d(a,B)=d(A,B)

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 09-03-08 à 19:33

OK, En fait, c'était simplement la dernière égalité qui me faisait douter, mais c'est bien correct.

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 11-03-08 à 18:29

merci fusionfroide pour ta proposition alternative à la solution de Kaiser et aussi pour la démo. Franchement, je comprends mieux la proposition car le lien de Kaiser est intéressant mais je n'ai pas trop bien compris.

Est-ce que le fait de prouver qu'il y a un min nous assure que le min est positif ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 11-03-08 à 20:31

Citation :
Est-ce que le fait de prouver qu'il y a un min nous assure que le min est positif ?


oui, car si c'est min, ça veut dire qu'il existe un élément x du compact K et y un élément du fermé F tels que ||x-y||=d(K,F).

K et F étant supposés disjoints, on ne peut pas avoir x=y (car x et y appartiennent à deux ensembles disjoints). Par suite, ||x-y|| > 0, donc la distance entre K et F est elle-même strictement positive.

Kaiser

Posté par
HighSchool2005
re : mq ensemble de fonctions est ouvert 11-03-08 à 23:31

Merci Kaiser !



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