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Niveau Maths sup
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Sous groupe additif de R

Posté par
Aerobi
17-07-10 à 15:32

Bonjour!

J'ai un exercice qui me pose des problèmes... J'aimerais si possible avoir votre aide en vous remerciant par avance...
Voici l'énoncé:

L'objet de l'exercice est de demontrer qu'un sous groupe additif de R est soit de la forme \alpha\mathbb{Z} (\alpha\in \mathbb{R}+) soit dense dans R. On note G un sous-groupe de (R,+) autre que 0

3$ 1)Montrer\hspace{5}que\hspace{5}G\cap R*+\hspace{5}admet\hspace{5}une\hspace{5}borne\hspace{5}inferieure\hspace{5}\alpha\hspace{5}dans\hspace{5}R+.

Pour cette question j'ai dabord montré que GR+ était minorée:
Soit m- et xG*+. On a donc m<x d'ou G*+ minorée.
Ensuite j'ai voulu utiliser la caractérisation de la borne inférieur: c-a-d 5$ \alpha=inf(G\cap \mathbb{R}*+)\Longleftrightarrow\{{\forall x\in G\cap \mathbb{R}*+,\alpha \le x\atop \forall \epsilon>0,\exists x\in G\cap \mathbb{R}*+,x<\alpha+\epsilon} Donc j'ai raisonné par l'absurde en montrant que c'était contradictoire car \large G\cap \mathbb{R}*+était minorée... Mais là je crois que par l'absurde ça ne tient pas debout en exprimant le "contraire"..

3$ 2)On\hspace{5}suppose\hspace{5}que\hspace{5}\alpha>0. \\ Montrer\hspace{5}que\hspace{5}]\alpha,2\alpha[\cap G=\empty. En\hspace{5}deduire\hspace{5}que\hspace{5}\alpha \in G.\hspace{5}Etablir\hspace{5}que\hspace{5}que\hspace{5}G=\alpha \mathbb{Z}

Là je ne sais comment procéder je ne trouve pas cela logique en plus....

\large 3)On\hspace{5}suppose\hspace{5}que\hspace{5}\alpha=0.\hspace{5}Pour\hspace{5}tout\hspace{5}(u,v)\hspace{5}de\hspace{5}R^2\hspace{5}tel\hspace{5}que\hspace{5}u<v,\hspace{5}on\hspace{5}note\hspace{5}w=v-u. \\ a)Montrer\hspace{5}qu'il\hspace{5}existe\hspace{5}g\hspace{5}dans\hspace{5}G\hspace{5}tel\hspace{5}que\hspace{5}0<g<w.

Pour montrer que 0<w pas de souci. Par contre pour montrer qu'il existe g de G compris entre 0 et w avec \alpha=0 je ne comprends pas...

Pour la suite j'attend un peu. Merci d'avance encore.

édit Océane

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:36

Bonjour Aerobi,

Ce sujet a été traité y a pas longtemps, plutôt en détail même, par Kaiser.
Je te donne le lien dès que je trouve le topic

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:38

H un sous-groupe de Z, il existe n>=0 tel que H=nZ

Ce n'est finalement pas exactement le même sujet : c'est pour un sous groupe de Z, donc tu as le côté aZ, pas le côté dense.
ça peut quand même t'aider pour le début de l'exercice

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:46

Pour la 1. :

0 est clairement un minorant de GR+*  donc l'inf existe et il est plus grand ou égal à 0, donc dans R+

(je note alpha=a)
2. Si ]a;2a[ G   alors prenons h appartenant à cet ensemble. Comme G est un groupe (h-a) appartient à G, mais h-a est à la fois positif et plus petit que a, donc a ne serait pas l'inf. Donc Cet ensemble est bien vide.
Seulement si a est l'inf cela signifique que pour tout epsilon, il exsite h dans G tel que ah<a+. Ce h ne peut être que a, d'après ce que l'on vient de montrer. Donc a est dans G. De là le topic dont je t'ai donné l'adresse peut t'aider à montrer que G=aZ

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:51

Pour la 3 encore une fois on utilise la caractérisation de la borne inf comme tu l'as marqué pour la question 1. :
>0 gG tq  ag<

Prenons =w, comme a=0 on a l'égalité demandée, sauf qu'il faudrait montrer ga ...
Je cherche.

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:55

Hmmm, intuitivement je dirais que comme a=0, a G+* donc g0.

En effet ma phrase n'était pas correcte :
>0  gG+* tel que ag<a+

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 15:56

Du coup avec =w  et comme g0 tu obtiens l'inégalité demandée

Posté par
Arkhnor
re : Sous groupe additif de R 17-07-10 à 17:22

Bonjour.

L'exercice a bien été traité sur le forum : Sous groupes additifs de IR - Valeurs d'adhérence.

Posté par
Aerobi
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:26

Merci beaucoup. Je pose \alpha=a

2) Voila une démonstration reprise d'un post mais il y a trois points que j'ai signalé que je ne comprends pas. Par l'absurde on va supposer que aG: . Puisque 2a>a donc 2a n'est pas un minorant de G\cap R*+. Il existe alors y de G tel que a<y<2a.
De la même façon, on a x>a, donc x n'est pas un minorant de G\cap R*+. Il existe alors x de G tel que a<x<y<2a.

On a alors:  y-xG\cap R*+ et y-x<a  contradictoire avec a borne inférieure.
On conclut que aG.

Puisque G est un sous-groupe additif de R
donc pour tout n entier relatif naG (stabilité par +) d'où: aZG

Montrons la deuxième inclusion:

Soit xG et n=E(x/a). On a bien sûr: nax<(n+1)a  ce qui implique: x-naG (cette implication je ne la comprends pas)
Dans le cas où: xna (là aussi je ne comprends pas pourquoi on traite ce cas là) , on a: x-naG\cap R*+ (cette implication je ne la comprends pas) et x-naa ce qui contredit que m est la borne inférieure.
Ce qui nous permet de conclure que: GaZ. Donc: G=aZ



Suite des questions:

3)b- g étant fixé montrer qu'il existe n dans Z tel que u<ng<v.
là pas de souci

  c-En déduire que G est dense dans R
Là je ne sais pas comment m'y prendre. Dans un des sujets que vous m'avez conseillé ils mettent que : d'après la question précédente on a ngG donc G dense dans R... Mais je ne comprends pas trop...

4)Application: f est une fonction numérique définie sur R, périodique, c-a-d qu'il existe un réel strictement positif T tel que pour tout x de R f(x+T)=f(x). On appelle alors période de f tout réel non nul p vérifiant: xR, f(x+p)=f(x) et on note P={pR, p période de f}{0}.
a- Montrer que P est un sous groupe additif de R.
*0P
*P stable par +
*P stable par passage au symétrique.
Est ce que cela suffit?

b-Donner un exemple de fonction pour laquelle P est de la forme aZ et un exemple pour lequel P est dense dans R.
Là je n'ai aucune idée de la démarche à entreprendre

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:37

Bonjour Aerobi,

Si x appartient à G, comme a appartient à G na aussi, donc x-na aussi (sous groupe).
Si jamais x=na  x-na=0 et donc on ne peut plus dire que x-na appartient à R+*.
En fait la première inégalité donne 0x-na.
On traite donc les cas 0<x-na et 0=x-na.
On montre que 0<x-na n'est pas possible  (on avait nax<(n+1)a => 0x-na<a)
Donc x=na et donc tout x s'écrit comme un multiple de a, c'est ce qu'on voulait montrer.

3c : définition de dense : pour tout ]u;v[ il existe gG dans ]u;v[
C'est bien ce que l'on montre ici, puisque ngG

C'est bon ?

Posté par
Aerobi
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:41

Bonjour Noflah!

Oui c'est bien, c'est très clair! Merci beaucoup vraiment...

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:50

Citation :
c'est très clair!


Avant que tu le dises j'en aurais douté ... Et j'en doute encore ^^
N'hésite pas à demander si je ne suis pas clair sur un point, je ne le prendrais pas mal ^^

Question 4 :

On te demande de donner un exemple, pas vraiment de méthode, un peu d'intuition.
Pour une fonction dont la période est du type aZ il y en a au moins 3 que tu connais sur le bout des doigts.

Pour une dont la période est dense dans R :

Si jamais on cherche une solution continue, alors la période serait tout réel (je crois que c'est toi qui avait posé un exercice, si une fonction continue est nulle sur Q alors elle est nulle sur R. Ce qui marche avec Q marche avec toute partie dense dans R. Donc si une fonction continue est constante sur une partie dense, elle est constante sur R). Ce n'est pas vraiment ce qu'on cherche.
Prenons donc une fonction non continue :

f(x)=1 si x est rationnel
f(x)=0 sinon
Je ne suis pas tout à fait sûr de cet exemple, à confirmer donc...

Posté par
Aerobi
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:51

Quand on montre par l'absurde à la 2) que ]a,2a[G= on suppose que aG pour dire que h-aG?

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:53

Oula parfaitement ! C'est une grosse erreur de ma part !! Merci de la signaler ! J'ai supposer le résultat pour le montrer, ça la fout mal.
Oublie cette mauvaise démo et retient celle de l'autre topic. Merci Aerobi

Posté par
Noflah
re : Sous groupe additif de R 18-07-10 à 11:56

L'esprit y était mais la démonstration juste (celle que tu proposes) est un peu différente.

Si cet ensemble n'est pas vide il y existe y (a<y<2a).
Mais comme pour tout epsilon  a<x<a+epsilon  en prenant epsilon = (y-a)/2 ce x doit exister, on a donc : a<x<y<2a
Et alors y-x appartient à G (parce que cette fois les deux appartiennent bien à G !) et y-x<a -> impossible.
Donc cet ensemble est vide.



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