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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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précompacité

Posté par
mousse42
26-03-20 à 20:46

Bonjour,

J'aimerai juste avoir un indice, On est dans \R avec sa distance usuelle

Question n°1
Est-ce difficile de montrer la précompacité de [0,1]
 \\

Question n°2
Et soit (x_n)\subset[0,1] une suite quelconque, on pose A:=\{x_n,n\in \N\}, est-ce difficile de montrer la précompacité de A

Avez-vous quelques indices...?

Posté par
mokassin
re : précompacité 26-03-20 à 20:52

Bonsoir,
C'est vraiment ca la question?
Genre "est ce difficile de montrer ca?"

Bah repond non, et oui.
Enfin tu peux aussi répondre oui et oui si ca te chante, mais en vrai c'est non et oui.

Posté par
mousse42
re : précompacité 26-03-20 à 20:57

Bonsoir mokassin
"C'est vraiment ca la question?"

non, ce sont mes questions, pour savoir si je ne suis pas en train de tourner en rond

Posté par
mousse42
re : précompacité 26-03-20 à 21:07

une dernière question j'ai passé des heures sur ces trois questions. Je signale également que je m'interdis d'utiliser la théorème de BW vu en L1.

Est-ce difficile de montrer que A est compact

Posté par
mokassin
re : précompacité 26-03-20 à 21:14

Ben A n'est pas compact.

Posté par
jsvdb
re : précompacité 26-03-20 à 21:20

Salut mousse.

Dans un espace métrique (donc un espace séparé pour la topologie concomitante ) :
- toute partie compacte est précompacte (pour répondre à la Q1).
- toute partie d'une partie précompacte est précompacte (pour répondre à la Q2).
- toute partie d'un compact n'est pas forcément compacte (pour répondre à la question subsidiaire). Si A est une suite quelconque, impossible de répondre.

Posté par
mousse42
re : précompacité 26-03-20 à 21:21

C'est incroyable, c'est bien ce qui me semblait...

ok, je redige l'exercice complet, ma solution et ensuite la correction proposée

à dans bientôt merci

Posté par
mousse42
re : précompacité 26-03-20 à 21:50

Exercice


Soit f:\R\to\R une fonction continue telle que f(x)>0,\forall x\in \R
 \\

Montrer qu'il existe \alpha>0 tel que f(x)\ge \alpha,\;\forall x\in [0,1]

Est-ce encore le cas si x\in \R


Pour la première question, j'ai répondu ceci :

Puisque [0,1] est un compact j'ai utilisé le théorème des bornes atteintes qui donne le résultat immédiatement. Ensuite je me suis dit quand même, je vais devoir montrer que  [0,1]  est un compact

Soit j'utilise le théorème de BW vu en L3 (je me suis dit bon trop facile) ou alors puisque \R est complet, donc [0,1] l'est aussi, il me reste la précompacité et là j'ai calé.

J'ai donc regardé la correction que je ne comprends pas je la rédige mot pour mot


Correction


Soit (x_n)\subset[0,1] telle que f(x_n)\to \inf\limits_{x\in [0,1]}f(x)

Puisque (x_n)\subset [0,1] est compact, il existe (x_{n_k})\subset [0,1] telle que x_{n_k}\to x_0\in [0,1] . Par continuité de f, on a f(x_{n_k})\to f(x_0)et donc  f(x_0)=\inf\limits_{x\in [0,1]}f(x)

Comme f(x_0)>0 on a \inf\limits_{x\in [0,1]}f(x)>0 et en posant \alpha :=f(x_0), il vient que  f(x)\ge \alpha,\;\forall x\in [0,1]



Quand j'ai lu la correction j'ai failli exploser. voilà tout y est mot pour mot et pourquoi une démonstration aussi compliquée alors que la compacité de [0,1] est admise et que la théorème des bornes atteintes est un résultat du cours.

Posté par
mousse42
re : précompacité 26-03-20 à 21:52

petite correction :le théorème de BW vu en L1

Posté par
mousse42
re : précompacité 27-03-20 à 00:36

oui, je crois que je me suis complétement embrouillé

Posté par
mokassin
re : précompacité 27-03-20 à 08:26

mousse42 @ 26-03-2020 à 21:50


Quand j'ai lu la correction j'ai failli exploser. voilà tout y est mot pour mot et pourquoi une démonstration aussi compliquée alors que la compacité de [0,1] est admise et que la théorème des bornes atteintes est un résultat du cours.

Ben, elle est correcte cette preuve. C'est même essentiellement la meme que la tienne en fait. Il y a un argument, l'inf est atteint, et donc est strictement positif.

Montrer que [0,1] est compact n'est pas difficile. Mais tout dépend d'où tu pars, en general un des premiers trucs qu'on montre sur R c'est qu'il est localement compact, ce qui implique que [0,1] est compact.

Montrer que R est localement compact n'est pas compliqué, et résulte d'un simple processus de dichotomie : tu prend un recouvrement ouvert de [a,b] s'il a pas de sous recouvrement fini, alors [a,(a+b)/2] ou [(a+b)/2,b] n'en a pas non plus, itère, tu obtiens une suite de segment emboité, dont l'intersection est un point, contenue dans un ouvert, du recouvrement, qui cotient une boule de rayon r et donc contient un des segments qui peut donc etre recouvert par un nombre fini d'ouvert de ton recouvrement initial.

On en déduit que R est complet car tout suite de Cauchy ayant une suite extraite convergente est elle meme convergente.

Tu en déduis aussi le théorème des "bornes atteintes", car l'image d'un compact par une application continue est compact.

L'auteur utilise directement la caractérisation séquentielle de la compacité valable dans un espace métrique.

On peut bien sur faire différemment et prouver directement la complétude de R, puis sa locale compacité ensuite.

Posté par
mousse42
re : précompacité 27-03-20 à 09:15

Je te remercie mokassin les choses deviennent plus clair.

Posté par
mousse42
re : précompacité 27-03-20 à 11:39

Bon ! Je vais la rédiger autrement  (plus pédagogique) merci pour vos  corrections

Puisque f est définie sur [0,1], on considère l'ensemble f([0,1])\subset \R, dès lors f([0,1]) possède une borne inférieure que l'on note \alpha telle que \alpha\ge 0 l'objectif est de montrer que \alpha> 0.

Notons que \alpha est dans la fermeture de  f([0,1]) , ainsi il existe (y_n)\subset f([0,1]) tel que y_n\to \alpha, et puisque pour tout n\in \N, ;y_n\in  f([0,1]), il existe x_n\in [0,1] tel que y_n=f(x_n)

La suite (x_n)_{n\in \N} étant construite et puisque [0,1] est un compact, il existe une sous-suite (x_{\varphi(n)})_{n\in \N} qui converge vers x_0\in [0,1], et puisque f est continue on a

f(x_0)=f(\lim x_{\varphi(n)})=\lim f(x_{\varphi(n)})=\alpha donc f(x_0)=\alpha

et puisque (\forall x\in \R)(f(x)>0), on déduit que \alpha >0



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