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Niveau LicenceMaths 2e/3e a
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Topologie

Posté par
LauraLe
25-10-20 à 17:36

Bonjour à toutes et à tous !

J'ai un exercice qui me pose un peu problème. En effet, je connais mon cours, je connais les définitions et théorèmes mais je n'arrive pas à les appliquer ici. Voici l'énoncé :

Soit f : (Q^*, T_1) \rightarrow  (Q, T_2)\\  q\rightarrow \frac{1}{q} (Q^* l'ensemble des invrsibles de Q)

1) Soient T_1 = T_{disc} la topologie discrète et T_2=T_{eucli} la topologie euclidienne ( ie. la topologie induite sur Q^* par la topologie euclidienne de R). Est-ce que :

a) f est continue ?

b) f est ouverte ?

c) f^{-1}(T_2) est une topologie sur X plus fine que T_1


2) Soit T_2=T_{eucli} la topologie euclidienne. Déterminer une topologie T_1 pour laquelle f est un homéomorphisme, si elle existe.


Où j'en suis dans mon exercice ?

Comme je l'ai dit je n'arrive pas à appliquer mes définition. Si je commence par la première question.

1) Tout d'abord je ne comprends pas ici la topologie euclidienne. En effet, dans mon cours j'ai comme définition si X = R : T_{eucli}= \left\{\bigcup_{i}{(a_ib_i), a_i,b_i \in R} \right\} et je comprends pas la phrase :  la topologie induite sur Q^* par la topologie euclidienne de R.

a) f est continue si les images réciproques des ouverts sont ouverts, ie.
pour tout U \in T_2 , f^{-1}\in T_1
Donc j'ai bien compris il faut que je prenne un élément de T_2 que j'appelle U mais vu que je ne comprends pas la topologie euclidienne dans ce cas je n'arrive pas à prendre un élément de cet ensemble ...

b) f est ouverte si pour tout U \in T_1, f(U) \in T_2
Alors ici T_1  est la topologie discrète cela veut dire que tous les points de X sont ouverts.
Mais encore une fois j'ai dû mal à aller plus loin

c)  f^{-1}(T_2)[/tex] est une topologie sur X plus fine que T_1 si T_1 \subset f^{-1}(T_2)


Je tiens à dire que j'ai conscience que peut-être cet exercice est "bâteau" pour certain mais étant donné que toutes ces notions sont nouvelles pour moi j'ai du mal à les appliquer correctement. Je remercie d'avance toutes les personnes qui vont m'apporter de l'aide !

Bien cordialement ,
Laura

Posté par
mokassin
re : Topologie 25-10-20 à 17:59

Bonjour,
Si X est un espace topologique, et Y est un sous ensemble de X, alors l'ensmble des U\cap Y pour U ouvert de X est une topologie sur Y. C'est ce qu'on appelle la topologie induite de X sur Y.

C'est la topologie la moins fine, rendant rendant l'inclusion de Y dans X continue.

Ici X c'est R, avec sa topologie usuelle (euclidienne) et Y c'est Q^*.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 25-10-20 à 21:06

Bonsoir !

D'accord, si je reprends :

1) Soit (R,T_{eucli}) un espace topologique et Q^* un sous-ensemble de (R,T_{eucli}).
Soit U un ouvert de (R,T_{eucli}), U \bigcap Q^* est une topologie sur Q^*
(Donc je ne me sers pas de ma définition que j'avais dans mon cours.)

a)  f est continue si les images réciproques des ouverts sont ouverts, ie.
pour tout U \in T_2, f^{-1}(U) \in T_1

Soit U \in T_2 un ouvert de T_2
Or les ouverts de T_2 sont les unions d'intervalles ouverts de R.

Et maintenant il faut que je calcule f^{-1}(U)
Sachant que pour q\in (Q^*, T_1), f(q)= \frac{1}{q}
Est- ce que cela veut dire que f^{-1}(U)= U or U est un ouvert donc f^{-1}(U)= U \in T_1

J'ai un peu de mal pour commencer, excusez-moi

Posté par
LauraLe
re : Topologie 26-10-20 à 19:23

Bonjour,

Je me permets de faire un double post, parce que j'ai réfléchi et je change de "stratégie".

J'ai réussi à montrer qu'une base de T_1 est un singleton : {q} et de même pour T_2.

Cela devrait m'avancer !

1a) Soit \frac{1}{q} \in T_2,  f^{-1}(\frac{1}{q}) = q \in T_1
donc f est continue

1b) Soit \frac{1}{q} \in T_1, f(q) = \frac {1}{q} \in T_2

1c) Soit \frac{1}{q} \in T_2,  f^{-1}(\frac{1}{q}) = q \in T_1
Donc pour tout \frac{1}{q} \in T_2, f^{-1}(\frac{1}{q}) \in T_1
Donc f^{-1}(T_2) \subset T_1
Donc par définition f^{-1}(T_2) n'est pas plus fine que T_1
(Je ne suis pas sûre pour cette question)

2) Je ne sais pas comment m'y prendre ...

N'hésitez pas à me corriger !

Posté par
mokassin
re : Topologie 27-10-20 à 15:18

Il est faux que pour la topologie T_2, les singletons soient ouverts.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 27-10-20 à 16:58

Bonjour,

Je ne comprends pas ce qui est faux.
Parlez-vous de la question 1c ?

Aussi, on sait que la topologie discrète est la plus fine et comme  f{-1}(T_2) \neq T_1 alors  f{-1}(T_2) ne peut pas être plus fine que T_1

Posté par
mokassin
re : Topologie 27-10-20 à 17:27

Je parle de cette partie là

LauraLe @ 26-10-2020 à 19:23



J'ai réussi à montrer qu'une base de T_1 est un singleton : {q} et de même pour T_2.

C'est faux.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 27-10-20 à 17:44

Mais pourtant on sait que Q^* est dense dans (R, T_{eucl})

et Q^* dense si et seulement si Q^* \bigcap ]a,b[ \neq \oslash

Et si je prends ]a,b[= ]q-1, q+1[ avec q \in Q^* alors q \in ]q-1, q+1[

Donc les singletons forment une base de  T_2

Par conséquent, pouvez-vous me proposez votre réponse s'il vous plaît ?

Posté par
mokassin
re : Topologie 27-10-20 à 17:56

Une base d'une topologie, c'est une famille d'ouverts, tel que tout ouvert est réunion d'éléments de cette famille. Par exemple, dans un espace métrique les boules ouvertes forment une base de la topologie.

Ici pour T_2, {q} n'est pas ouvert. Ca n'est pas une base e T_2.

Une base de T_2 est formée par exemple par les "intervalles rationnels", i.e les sous ensemble des Q^* donnée par I_{s,t}\{a \in \mathbb{Q}^*| s<a<t\} pour tout couple de réels (s,t), ce sont les intersections I \cap \mathbb{Q}^* où I est un intervalle ouvert de R.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 27-10-20 à 18:12

Oui c'est vrai qu'un singleton est fermé.

Si je reprends :

Q^* est dense dans (R,T_{eucli})

et Q^* est dense si et seulement si Q^* \bigcap ]a,b[ \neq \oslash

]a,b[ est un intervalle ouvert rationnel (Cela revient je pense à votre  I )

Du coup pour montrer que f est continue comment faut-il procéder ?

En fait quand on dit soit U \in T_2, je n'arrive pas à écrire U. Quand j'avais dit qu'une base de T_2 était {q} (ce qui est faux on est d'accord mais c'est pour vous expliquer ce que je ne comprends pas) un élément de T_2 était alors un singleton mais dans notre cas maintenant je n'arrive pas à voir ...

Posté par
verdurin
re : Topologie 27-10-20 à 18:36

Bonsoir,
pour montrer que f est continue on peut montrer que l'image réciproque d'un ouvert est un ouvert.
Et on se demande quels sont les ouverts pour la topologie discrète.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 27-10-20 à 19:18

Bonsoir,

Par définition de la topologie discrète, tous les points de Q^* sont ouverts.
Mais ce que je n'arrive pas à prendre c'est un ouvert de T_2
Parce que du coup on a dit qu'une base de T_2 est formée par les "intervalles rationnelles". Mais du coup je ne sais pas quoi mettre dans f^{-1}(?) mais je sais que ? est un élément de T_2

Posté par
verdurin
re : Topologie 27-10-20 à 19:33

Par définition de la topologie discrète, toutes les parties de \Q^* sont ouvertes.
Donc f^{-1}(A)\ A\subset\Q est toujours un ouvert.
C'est en particulier vrai si A est un ouvert de (\Q\,,T_2)

Posté par
LauraLe
re : Topologie 27-10-20 à 19:44

Excusez-moi mais je ne comprends pas pourquoi f^{-1}(A) est toujours un ouvert pour tout A \subset Q

Posté par
verdurin
re : Topologie 27-10-20 à 20:35

Pour la topologie discrète sur un ensemble X tous les sous-ensembles de X sont des ouverts.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 28-10-20 à 10:37

Et du coup f^{-1}(A) est une partie de \Q^*\ ?


Si je rédige la première question :

1a)
Par définition de la topologie discrète, toutes les parties de \Q^*\ sont ouvertes
Or f^{-1}(A) , A \subset \Q^*\ est une partie de \Q^*\
Donc f^{-1}(A) est toujours un ouvert.
C'est en particulier vrai si A est un ouvert de (\Q^*\,,T_2)
Donc f est continue

N'hésitez à me reprendre !

1b)
f est ouverte si pour tout A\in T_1, f(A) \in T_2
A \in T_1 donc A est un ouvert.
Est-ce que cela veut dire que f(A) est un ouvert ?
Et comment je peux savoir f(A) appartient à T_2 sachant qu'une base de T_2 ce sont les intervalles rationnelles.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 28-10-20 à 15:03

Re !

Je  me permets de reécrire parce qu'avec du recul j'ai compris pas mal de choses !

1a) Oui effectivement j'ai compris

1b) J'a trouvé un contre exemple et f n'est pas ouverte

1c) La plus fine est la topologie discrète donc f^-1(T_2) n'est pas une topologie sur X plus fine que T_1 (Je ne sais pas si cela suffit !)

2) Je "sens" que f=f^-1 (ce qui m'arrangerait pas la suite) mais je n'arrive pas à le montrer

Posté par
verdurin
re : Topologie 28-10-20 à 20:17

Bonsoir,
c'est bon pour la question 1.
Je n'avais pas vu la question 2 mais, à vu d'œil, je ne crois pas qu'il existe une topologie T1 convenable.
Ceci étant dit sans aucune garantie.

Mais bien sur si f est définie par x\mapsto\frac1x alors f^{-1}=f.

Finalement je crois qu'il y a une topologie T1 convenable.
On peut penser à la droite projective privée d'un point.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 28-10-20 à 20:54

Bonsoir ,

Oui effectivement on a bien f^-1=f

Mais du coup j'aimerai montré que T_1=T_2 et donc que T_1= T_{eucli}

Et je pensais que vu que f=f^{-1}
alors tout ouvert de T_2 appartient aussi à  T_1
En fait qu'ils ont les mêmes ouverts mais je n'arrive pas à l'exprimer

Posté par
verdurin
re : Topologie 28-10-20 à 22:29

Ils ne peuvent pas avoir la même topologie.
Sinon f est discontinue sur les intervalles du type ]-a;a[.
Mais on peut sans doute s'en sortir en rajoutant un point à l'infini.

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 10:17

Pour la 1.c il faut egalement que tu prouves aussi à mon avis que que f^{-1}(T_2) n'est pas T_1, ce qui n'est pas bien difficile.

Pour le 2), vu que f est une bijection, elle est automtiquement un homeo pour la topologie image inverse (celle pour laquelle les ouverts sont les f^{-1}(U) avec U ouvert).

Mais ici tu peux la décrire tres simplement. Ne vois tu pas une topologie evidente pour laquelle f est un homeo?
Si tu avais R^* au lieu de Q^*, tu saurais le faire? Si oui, alors c'est fini, car f préserve Q^*.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 10:43

1.c
Montrons que f^{-1}(T_2) \neq T_1
Pour tout U\in T_2 , f^{-1}(U) \in T_1
Donc f^{-1}(T_2) \subset T_1

2
Un topologie pour laquelle f est un homéomorphisme peut donc être la topologie image inverse ?

Je ne vois pas de topologie "évidente" mais je me dis que la topologie R^2 pourrait peut être marché

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 10:50

LauraLe @ 29-10-2020 à 10:43

1.c
Montrons que f^{-1}(T_2) \neq T_1
Pour tout U\in T_2 , f^{-1}(U) \in T_1
Donc f^{-1}(T_2) \subset T_1

??

Citation :
2
Un topologie pour laquelle f est un homéomorphisme peut donc être la topologie image inverse ?

Je ne vois pas de topologie "évidente" mais je me dis que la topologie R^2 pourrait peut être marché

Qu'est ce que tu appelles la "topologie R^2"?

Je repete ma question, est ce que tu vois un topologie évidente, pour laquelle x->1/x de R^* dans R^* est un homeo?

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 11:14

1c) Je ne comprends pas alors ce que vous me dites

2)Je me suis trompée pour R^2 parce qu'on est en dimension 1, excusez-moi.

Je ne vois pas de topologie évidente.
Mais après je vois que si j'ai une topologie pour laquelle x --> 1/x de R^* dans R^* est un homéomorphisme alors ça sera pareil pour Q^*

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 11:20

LauraLe @ 29-10-2020 à 11:14

1c) Je ne comprends pas alors ce que vous me dites

Je ne comprend pas ce que tu as ecrit, en fait. Tu es bloquée dans ta démonstration? Tu n'as rien démontré là, tu as simplement réecrit que f^{-1}(T_2) etait incluse dans T_1. Ok, mais on veut montrer qu'elle est strictement incluse. Qu'elle est differente.

Citation :
2)Je me suis trompée pour R^2 parce qu'on est en dimension 1, excusez-moi.

Je ne vois pas de topologie évidente.
Mais après je vois que si j'ai une topologie pour laquelle x --> 1/x de R^* dans R^* est un homéomorphisme alors ça sera pareil pour Q^*

Pour la topologie usuelle (l'euclidienne), est ce que x->1/x est continue de R^* dans lui meme? Comme c'est son propre inverse, que peux tu dire?

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 11:29

1c) Ah oui ! Du coup je n'arrive pas à montrer non que ce ne peut pas être égal.
Parce que la topologie discrète contient l'ensemble vide et X. Mais est-ce que f^{-1}(T_2) contient ces deux éléments ?

2 Pour la topologie euclidienne,  f: x -> 1/x est continue de R^* dans R^* si les images réciproques des ouverts sont ouverts.
Si f est continue alors f=f^-1

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 11:52

Tu ne sais pas que la fonction inverse est continue de R^* dans R^*? Tu sais ca depuis le lycée normalement.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 12:15

1c) Est-ce que la topologie euclidienne contient l'ensemble vide ?

2) Ah oui ! Mais je pensais cétait différent dans une topologie.
Si je rédige:

Pour la topologie euclidienne , f : x -> 1/x est continue de R^* dans R* car la fonction inverse est continue dans R^* dans R^* (ici * signifie R privé de 0)

Or on a remarqué f=f^{-1} alors f^{-1} est aussi continue.

De plus, il est évident que f est une bijection.

Par conséquent f : x -> 1/x de R^* dans R*   est un homéomorphisme.

Or f préserve Q* par conséquent, f : x -> 1/x de Q^* dans Q*   est un homéomorphisme.

N'hésitez pas à me reprendre s'il y a des éléments faux

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 12:49

Je dis des bêtises bien sur que l'ensemble vide appartient à la topologie euclidienne par définition !
Par conséquent comment montrer que T_1 \neq f^{-1}(T_2) ?

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 14:36

La continuité dans un espace topologique généralise les autres notions de continuité que tu as vues.
Dans un espace métrique, il y a équivalence entre la notion "topologique" (avec les ouverts) et la notion "métrique" (avec les epsilon delta) de continuité. La topologiue euclidienne sur R^* étant sa topologie usuelle, celle définie par la valeur absolue, dire que l'inverse est continue pour la topologie euclidienne, c'est exactement la meme chose que savoir que l'inverse est continue pour la définition du lycée.

Je trouve ta rédaction pas très bonne, on a par moment l'impression que tu ne comprends pas ce que tu écris.

Pour la 1.c, essaie avec un singleton par exemple.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 15:47

Oui j'avais oublié !

J'ai montré que f est un homéomorphisme de R* dans R* et comme Q* \subset R* et f préserve Q* alors f est un homéomorphisme de Q* dans Q*.

Pour la 1c. J'avais pensé au singleton {0}, il appartient à T_1 mais pas à f^{-1}(T_2)

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 16:24

0 n'est pas dans Q^*.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 16:35

Mais aucun singleton n'appartient à (T_2)

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 16:40

Ben non, en effet.

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 16:40

C'est bien le point.

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 16:42

Par conséquent T_1 \neq f^{-1}(T_2) car un singleton appartient à T_1 mais pas à f^{-1}(T_2)  ?

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 16:52

Ben oui, mais sais tu le montrer proprement?

Posté par
LauraLe
re : Topologie 29-10-20 à 17:11

Par définition de la topologie discrète tout point est ouvert donc un singleton appartient à T_1.
Mais un singleton n'appartient pas à T_2 donc ne peux pas appartenir à f^{-1}(T_2)

Posté par
mokassin
re : Topologie 29-10-20 à 18:07

C'est peu convaincant je trouve. Tu devrais écrire une vraie demonstration.



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