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Niveau Licence Maths 1e ann
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Un segment de R2 est ouvert

Posté par
clarmuchevbn
01-10-13 à 20:03

Bonjour à tous !

Je vous demande de l'aide pour cet exercice qui me fait tourner en bourrique parce que je ne sais pas par quel bout le prendre...

On se donne A et B deux ouverts de R2 muni de la distance euclidienne.

On note l(a,b) = {ta + (1-t)b / 0≤t≤1}

Il faut montrer que la réunion des l(a,b) pour a dans A et b dans B forme un ouvert de R2.

Alors, faisons déjà simple : montrer que l(a,b) est un ouvert.

Avez vous des idées ? Au bout de 2h, à part tourner en rond, je n'arrive pas à grand chose...

Merci d'avance pour partager vos idées !

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 20:19

Citation :
Alors, faisons déjà simple : montrer que l(a,b) est un ouvert.

Mauvaise idée de départ. Cet ensemble est fermé.

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 20:29

Ah... Alors comment faire en partant de l'union ??

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 20:51

Reviens à la définition d'un ouvert du plan. Tu dois montrer que tout point de l'ensemble E considéré lui est intérieur, c'est à dire centre d'un disque ouvert inclus dans l'ensemble. Soit m un point de E. Il est donc sur un l(a,b). Considère deux disques ouverts de centres a et b inclus dans A et B, puisqu'ils sont ouverts. Fais un dessin. Tâche de conclure par toi même.

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 21:05

Juste un truc : si m appartient à E, m appartient à un des l(a,b) seulement si la réunion des l(a,b) forme E. Est-ce évident, ou à démontrer ?

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 21:07

Pardon, ce que je viens d'écrire est idiot (penser à réflechir avant d'écrire........)

Je vais essayer comprendre tout ça!

Posté par
lafol Moderateur
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 22:36

j'ignorais que tout point d'un segment était le centre d'un disque ouvert inclus dans le segment ....

Posté par
lafol Moderateur
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 22:38

oops, j'aurais du faire attention, ne pas tenir compte de mon intervention, la fatigue, tout ça ....

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 23:06

Bonsoir.

Posons E=\begin{array} c \big{\cup} \\ a \in A,b \in B \end{array} et I=[0,1].  m_0 \in E \Leftrightarrow \exists (a_0,b_0,t_0) \in A\times B \times I, m_0=t_0a_0+(1-t_0)b_0

a_0 \in A,b_0 \in B \Rightarrow \exists r>0  tel que D(a_0,r) \subset A,D(b_0,r) \subset B

Considéres le disque D(m_0,r).   m \in D(m_0,r)\Leftrightarrow  \exists (u,\varphi) \in [0,r[ \times [0,2\pi] tel que m=m_0+u(\cos\varphi,\sin\varphi).

Montre alors qu'il existe (a,b,t) \in A\times B \times I tel que m=ta+(1-t)b (ce qui donnera m \in E),

( fais une figure, ça fera apparaitre les choix possibles de a,b et t).

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 01-10-13 à 23:10

Errata

Posons E=\begin{array} c \big{\cup} \\ a \in A,b \in B \end{array}\red{I(a,b)}   et   I=[0,1]

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 08:47

Citation :
( fais une figure, ça fera apparaitre les choix possibles de a,b et t).

Oui, fais une figure si tu veux comprendre cet exercice.

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 12:30

Bonjour.

L'un des choix possibles de (a,b,t) fera apparaitre un joli parallélogramme (éventuellement dégénéré) de sommets a_0,~b_0,~b et a.

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 15:53

Bon, alors à priori, j'ai compris, et j'ai trouvé que m appartient au segment a, b où a = a0 + u (cos phi, sin phi) et b = a0 + u (cos phi, sin phi).

Par contre, j'ai un peu de mal pour trouver le t qui correspond.. c'est le même que pour m0 vu qu'on a juste fait une translation, mais est-ce qu'il faut le préciser ?

Posté par
Vinz62
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 18:05

Bonjour, juste une demande d'info concernant cet exo , la démarche et la conclusion est elle valable dans n ? Il me semble que oui mais j'ai peur de tomber dans un piège

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 21:13

Je pense que oui. La figure en dimension n est analogue à la figure en dimension 2 ou 3

Posté par
Vinz62
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 21:14

Ah je sais pas moi j'ai que deux yeux

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 21:26

Je plaisante à peine. a est dans une boule ouverte incluse dans A, b dans une boule ouverte incluse dans B. m, élément de l'ensemble E considéré, est sur le segment ab, dans une boule ouverte incluse dans E que tu détermines de la même façon en dimension 2, 3, ou n avec une formalisation du genre de celle donnée par delta-B, mais il me semble qu'il y a plus simple que ce qu'il propose.

Posté par
Vinz62
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 21:30

Oui c'est ce que je pensais aussi mais j'avoue ne pas être totalement à l'aise pour le moment avec ces notions, avec la solution je comprend la démarche mais je n'y serais pas arrivé de moi même

Posté par
boninmi
re : Un segment de R2 est ouvert 02-10-13 à 21:39

Ce ne sont pas des notions simples. D'où l'intérêt de s'appuyer au maximum sur des figures, qui les rendent plus concrètes.

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 03-10-13 à 03:34

Bonsoir.

Citation :
clarmuchevbn

Bon, alors à priori, j'ai compris, et j'ai trouvé que m appartient au segment a, b où a = a0 + u (cos phi, sin phi) et b = a0 + u (cos phi, sin phi).

J'espère que c'est une faute de frappe dans b = a0 + u (cos phi, sin phi), c'est plutôt b = b0 + u (cos phi, sin phi). Tu n'as précisé la valeur de t(=t_0)

Quant à la généralisation dans \mathbb{R}^n, elle est valable, En prenant a=a_0+m-m_0 et b= b_0+m-m_0 et t=t_0, alors

t_0a+(1-t_0)b=t_0(a_0+m-m_0)+(1-t_0)(b_0+m-m_0)=t_0a_0+(1-t_0)b_0+m-m_0=m puisque m_0=t_0a_0+(1-t_0)b_0.

Le début de démonstration est le même que le cas n=2, le rôle des disques est joué par les boules.

Remarque: Le résultat est-il valable dans un evn quelconque?

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 03-10-13 à 08:20

C'est justement le t qui me posait soucis. On prend simplement t = t0 ??

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 03-10-13 à 15:22

Bonjour.

@clarmuchevbn.

Comment as-tu alors montré que le point m (cas de \mathbb{R}^2) était sur le segment d'extrémités a et b (Une figure n'est pas une démonstration mais elle donnait par parallélisme la valeur de t)
Pour la réponse à ta question, relis bien  la démonstration dans le cas de \mathbb{R}^n, tu verras même pourquoi c'est encore vrai dans le cas d'un evn.

Posté par
clarmuchevbn
re : Un segment de R2 est ouvert 03-10-13 à 15:41

Bonjour !

Pour montrer que m est sur le segment d'extrémité a et b, j'ai utilisé le fait que m = m0 + u(cosphi, sinphi) donc par translation, on obtient a = a0 + u(cosphi, sinphi) et b = b0 +u(cosphi, sinphi), et normalement le t ne change pas puisqu'on a juste fait une translation.

En tout cas ça me paraissait logique quand j'ai fait mon dessin, et il me semble que cette "démonstration" suffit, mais je me trompe probablement..

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 04-10-13 à 00:12

Bonsoir.

@clarmuchevbn.

Pour trouver les extrémités a et b tu as translaté a_a et b_0. Géométriquemnt (figure) on voit qu'effectivement m appartient au segment [a,b]. il fallait trouver la valeur de t pour laquelle on avait m=ta+(1-t)b et c'est la qu'intervient le parallélisme: les segment [a,a_0]  et  [m,m_0] sont parallèles par construction même,  on se doutait que la dite valeur de t est t_0, il fallait juste le vérifier analytiquement

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 04-10-13 à 01:20

Errata. Erreur de frappe

Pour trouver les extrémités a et b tu as translaté a_{\red 0} et b_0 et non a_{\red a}

Posté par
kybjm
re : Un segment de R2 est ouvert 04-10-13 à 11:19

Soit E un -ev normé . Pour tout (a,b) de E² , {t.a + (1-t).b / 0 ≤ t ≤ 1}  est appelé segment d'extrémités a et b et noté [a , b] .
On écrit aussi ]a , b] au lieu de [a , b]\{a} et si a E et X est   E on pose  ]a , X] := { ]a , x] | x X } .

Si X est ouvert  tous les ]a , X] le sont aussi .
Pour le voir :  On prend  z ]a , X] . Il existe donc x dans X tel que z ]a , x] et r > 0 tel que BO(x,r) X . On désigne alors par h l'homothétie de sommet a telle que h(z) = x (Un dessin sur une feuille , sensée représenter E , aide à voir ce qu'on fait). Le rapport de cette l'homothétie est > 1 (tu peux le calculer effectivement )
h est bijective et h-1 est l'homothétie de sommet u  et de rapport 1/ . Elle envoi x sur z et h-1(BO(x,r))  = BO(z,r') où r' = r/ .
Si t   BO(z,r') , on a h(t) BO(x,r) X et t ]a ,h(t)] , ce qui prouve que BO(z,r') est contenue dans ]a , X] .
Etant voisinage de tous ses points , ]a , X] est ouvert .

Avec ça il est facile de voir que si U et V sont des ouverts de E , la réunion W des segments [u , v], où (u,v) décrit U V  , est aussi ouvert .

Posté par
delta-B
re : Un segment de R2 est ouvert 04-10-13 à 15:02

Bonjour.

@kybjm.

La généralisation de la démonstration dans le cas de \mathbb{R}^n me semble plus directe. En reprenant les notations de l'exercice, on a:

\left\ \begin{array} l a \in A \Rightarrow \exists r_1>0 ,B(a,r_1) \subset A \\ 
 \\ b \in B \Rightarrow \exists r_2>0 ,B(a,r_2) \subset B \end{array}\right\}  En prenant [tex]r=min(r_1,r_2), on aura:  B(a,r) \subset A   et  B(b,r) \subset B
(Dans la démonstration initiale, j'avais pris directement le même rayon r sans préciser pourquoi)
Posons I=[0,1]. Soit m_0 \in E=\begin{array} c \big{\cup} \\ a \in A,b \in B \end{array}I(a,b).  Alors \exists (a_0,b_0,t_0) \in A\times B \times I, m_0=t_0a_0+(1-t_0)b_0.
E sera ouvert si on peut montrer que B(m_0,r) \subset E, ce qui revient à m \in B(m_0,r) \Rightarrow m \in E \Rightarrow \exists (a,b,t) \in A\times B \times I, tel que  m=ta+(1-t)b,
il suffit pour cela de prendre a=a_0+m-m_0, b=b_0+m-m_0 et t=t_0, ||a-a_0||=||b-b_0||=||m-m_0||<r donc a \in B(a_0,r)\subset A et  b\in B(b_0,r)\subset B.
Il est alors aisé de vérifier que m=t_0a+(1-t_0)b et donc que m \in I(a,b) \subset E.



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