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Ouvert connexe privé d'un point

Posté par
wuksey
07-01-19 à 13:22

Bonjour,

Soit O ^n un ouvert connexe avec n 2

Montrer que x O, O \ {x} est connexe

J'ai pas trop de difficulté à le visualiser (dans R^2 ou R^3 par exemple, mais beaucoup de mal à justifier ça de façon rigoureuse...

Merci pour votre aide.

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 13:31

Bonjour wuksey.
Tu peux utiliser le fait que dans les espaces métriques, un ouvert est connexe si et seulement si il est connexe par arc.

Posté par
wuksey
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 13:38

Et donc on montre la connexité par arc de O \ {x} . Et ça je ne sais pas trop comment le faire.

En cherchant sur le net je vois deux méthodes :

En montrant que pour deux points de O \ {x}, on peut trouver un chemin continu qui les relie. Il faudrait le construire. Je ne vois pas bien comment faire.

Ou en montrant que O \ {x} est l'image d'un connexe par arcs par une application continue..

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 13:47

Comme on suppose que O est connexe, alors il est connexe par arc.
Donc deux points a et b de O peuvent être reliés par un arc continu.
On suppose maintenant que a et b sont dans O\{x}.
Il faut alors construire un chemin reliant a et b et qui ne passe pas par x.
On considère donc un chemin quelconque reliant a et b dans O. Si x est sur ce chemin, comment peux-tu établir une déviation qui ne passe pas par x ? Fais un dessin en 2D, tu verras, ça se fait tout seul en considérant une sphère autour de x.

Posté par
Poncargues
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 13:58

Connais tu le théoreme d'excision?

Posté par
wuksey
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 14:01

J'imagine qu'il faudrait que la sphère centrée en x ait un rayon strictement supérieur à 0 et que le chemin ne passe jamais par la sphère.. mais j'arrive pas à entrevoir le début d'une justification !

Non je ne connais pas le théorème d'excision !

Merci pour vos réponses

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 14:05

wuksey @ 07-01-2019 à 14:01

J'imagine qu'il faudrait que la sphère centrée en x ait un rayon strictement supérieur à 0 et que le chemin ne passe jamais par la sphère.

Eh bien, on est dans un ouvert, donc il existe une boule de centre x qui soit contenu dans l'ouvert.
Si ton chemin passe dans la boule, il traverse la sphère par continuité, et en ressort. Tu dévies alors ton chemin sur la sphère de cette boule.

Posté par
wuksey
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 14:10

D'accord ! J'ai saisi cette partie, c'est assez visuel. Mais je ne vois pas comment expliciter le chemin

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 14:18

Supposons que de a à b, ton chemin rentre dans la sphère en a' (une première fois) et en ressort en b' (une dernière fois)
Sur ta sphère, tu considères un chemin de a' à b'
(c'est pas compliqué puisque la sphère est un ensemble des points (y1,...,yn) de n qui vérifient une relation de la forme (y1-x1)2 + ... + (yn-xn)2 = R2)
Ensuite tu concatènes tes trois chemins a -> a'  -> b' -> b

Posté par
wuksey
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 14:46

Pour le chemin allant de a à a' et de b à b' , on sait qu'ils existent car O \ {p} est connexe . ( Je me souviens même plus comment on les explicite... (t) = a + t u , ' (t) = b' + t u' ??)

Ensuite il faudrait un chemin allant de a' à b' , un chemin ayant une courbe de demi cercle (pour le cas n=2) , et je ne sais plus comment on fait

Posté par
lavache
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 15:15

Bonjour, je me penche également sur la question. Pour prouver l'existence de a' et b', j'ai procédé comme ceci :

Soit \gamma le chemin reliant a et b passant par x
il existe y dans [0,1] tel que \gamma(y) = x

on suppose que a et b n'appartiennent pas à la boule de rayon r centrée en x

posons f : [0,y] -> R+
                          t    ->   d(\gamma(t),x)

f est continue par composition :
\gamma est continue
x -> d(x,a) est continue car 1-lip pour tout a

on a f(0)=d(a,x) > r > d(x,x)=f(y)
donc d'après le théorème des valeurs intermédiaires il existe un point a' du chemin sur la sphère de rayon r centrée en x.
De même pour b'.

Cela est-il correct?

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 15:38

Pas besoin d'aller chercher de paramétrisation.
Une boule ouverte est un ensemble convexe.
Donc si a' et b' sont sont sur la sphère correspondante, il n'est pas difficile de tracer le segment [a';b'] dans la boule, et si x [a';b'], on choisit un point c' n'appartenant pas au diamètre [a';b'] dans la boule et on concatène [a';c'] avec [c';b'].

Posté par
jsvdb
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 15:44

Donc pour nous résumer :

On va de a à b dans O via un chemin C.
Si x C, on considère une boule B ouverte centrée en x et ne contenant ni a ni b.
C traverse B une première fois en a' et une dernière fois en b' (donc a' et b' sont sur la sphère)
On considère alors un chemin en ligne droite allant de a' à b' (via éventuellement un point c') dans la boule.
On concatène a -> a' -> ( c' -> ) b' -> b qui est un chemin entièrement contenu dans O\{x}.

Posté par
luzak
re : Ouvert connexe privé d'un point 07-01-19 à 16:23

Bonjour !
Si on tient à paramétrer le chemin il sera plus simple de choisir une norme où les boules sont des "parallélépipèdes" : "rester sur la sphère" est alors très simple.



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