Chapitre 3 - Espaces métriques compacts
Exemple 3.1.5 (a) [0 1] est compact mais ni ]0
Compacité
Montrer qu'une suite convergente et sa limite forment un ensemble compact. Donner un exemple de deux fermés de R2 dont la somme n'est pas fermé.
Espaces Vectoriels Normés et Topologie
Maurice Fréchet (1878-1973); (convergence uniforme convergence compacte
Université Paris Dauphine Notes sur le cours dAnalyse
les sous-ensembles compact de l'ensemble des fonctions continues. faible il y a plus d'ensembles compacts : par exemple les boules fermées deviennent ...
Cours dAnalyse Fonctionnelle
Exemple 1.1.3 (1) Les espaces normés seront étudiés dans le prochain pa- ragraphe. Si (E
1 Lespace Rn
1.6 Ensembles compacts. Définition. X ? Rn est compact si X est fermé et borné (borné veut dire qu'il existe R > 0 tel que X ? B(0 R)). Exemples.
MAT311 Cours 2 : Compacité
connexité 1
Chapitre 4 Opérateurs compacts et théorie spectrale sur les espaces
On note par K(E F) l'ensemble des opérateurs compacts de E dans F et par K(E) si E = F. 4.1.13 EXEMPLE (LES OPÉRATEURS INTÉGRAUX SONT COMPACTS).
Convexes métriques compacts
Un ensemble convexe est une partie C d'un espace vectoriel E telle que pour tous x0 Exemple. Soit E un espace de Banach muni de sa norme .
Espaces topologiques compacts
Notation I désignera un ensemble quelconque (fini dénombrable ou indénom- Exemple Les intervalles fermés et bornés de IR sont des espaces compacts pour ...
[PDF] Espaces topologiques compacts
Exemple Les intervalles fermés et bornés de IR sont des espaces compacts pour la topologie définie par la valeur absolue 3 Suites dans un espace compact
[PDF] Espaces métriques compacts
Exemple 3 1 5 (a) [0 1] est compact mais ni ]0 1] ni R ne l'est (b) Toute partie finie d'un espace métrique est compacte (c) Dans l'espace (C0([0
[PDF] Chapitre 4 Compacité
Un espace topologique X est localement compact si et seulement s'il est séparé et tout point de X admet un voisinage compact Exemple 4 6 2 Les espaces
[PDF] Cours 2 : compacité complétude connexité - Bertrand RÉMY
Un espace métrique (Xd) est dit complet si toute suite de Cauchy converge Exemples Un espace métrique compact est complet (proposition précédente et Bolzano-
[PDF] 8 Parties et espaces compacts
Une partie A d'un espace métrique (Ed) est dite compacte si de toute suite de A on peut extraire une sous-suite convergente (dans (Ed)) vers un élément de A
[PDF] 3 Compacité - Jamiati
Exemple : considérons l'espace normé R muni de la norme usuelle quels on sait tr`es bien montrer qu'un ensemble est compact Par exemple lorsqu'il
[PDF] Chapitre 4 Espaces métriques compacts
Si A est une partie de E on dit que A est une partie compacte si et seulement A munie de la distance induite est un espace métrique compact 1 1 2 Exemples •
[PDF] TD n 3 Compacité 1 Exemples despaces compacts 2 Propriétés
Soient K et L deux parties compactes d'un espace métrique X Montrer que K ? L est une partie compacte Exercice 3 Soit Mn(R) l'ensemble des matrices de
[PDF] Amphi 2: Suites - Compacité - Connexité - École polytechnique
A est l'ensemble des limites des suites de A alors il existe un ensemble fini F ? I tel que X = ?i?F Ui Exemple [01] est compact
[PDF] Chapitre 4: Espaces compacts et espaces con- nexes
5 Page 6 Définition Un espace topologique E est localement compact si E est séparé et si tout point de E admet un voisinage compact Exemples ? IR et IRn
Comment savoir si un ensemble est compact ?
Par définition de ·?, un ensemble X est borné s'il est inclus dans un pavé [?a,a]N, qui est compact. Si de plus X est fermé, c'est un fermé dans un compact, donc il est compact.Qu'est-ce qu'une partie compacte ?
Une partie K de E est dite compacte si, de toute suite (un) d'éléments de K , on peut extraire une sous-suite convergente vers un élément de K . En particulier, toute réunion finie ou toute intersection quelconque de parties compactes est compacte.Comment montrer que tout ensemble fini est compact ?
Il suffit donc de montrer que O(n) est fermé et borné dans cet espace. Le caractère fermé est évident : la fonction f : Mn(R) ? Mn(R) qui à M associe MtM est polynomiale, donc continue, et l'on voit que O(n) = f?1({I}), image réciproque d'un fermé. est donc borné ; il est ainsi compact.- Ainsi ? n'est pas compact, puisque la fonction identité, qui à x associe x lui-même, est continue mais non bornée.
Chapitre 3
Espaces m´etriques compacts
Tout intervalle ferm´e et born´e est un compact en ce sens que toutes ses suites ont une suite extraite convergeant dans l"intervalle. Ceci peut se voir par un proc´ed´e bien intuitif : on d´ecoupe l"intervalle en deux parts ´egales et une infinit´e de termes de la suite vont restent dans l"un des sous-intervalles obtenus; on travaille ce sous-intervalle accompagn´e de cette suite extraite et on recommence le d´ecoupage. On voit apparaˆıtre une infinit´e de termes de lasuite initiale qui vont ˆetrecoinc´esdans une s´erie de sous-intervalles emboˆıt´es :
d"o`u une sous-suite convergente. La propi´et´e d"avoir une sous-suite convergente reste valable pour toute suite born´ee. La limite de la sous-suite appartient `a l"intervalle ´etudi´e car ce dernier est ferm´e. Inversement au proc´ed´e de d´ecouper un intervalle en plusieurs sous-intervalles, la compacit´e sera aussi caract´eris´ee par une finitude dans les recouvrements par des ouverts. Cette caract´erisation sert `a la d´efinition d"un espace compact dans le cadre topologique (sans ˆetre n´ecessairement m´etrique). Un r´esultat classique affirme qu"une application continue sur un intervalleferm´e et born´e atteint ses extrˆema; il sera g´en´eralis´e sous la forme suivante :
toute application continue envoie un compact sur un compact.3.1 D´efinition. Premi`eres propri´et´es
Soit (E,d) un espace m´etrique.
D´efinition 3.1.1On dit qe (E,d) est unespace m´etrique compactsi toute suite d"´el´ements de (E,d) admet une suite extraite convergeant vers un point deE. Une partieAdeEest ditecompactesi le sous-espace m´etrique (A,d) est compact. En d"autres termes, (E,d) est un espace m´etrique compact si toutes ses suites admettent au moins unevaleur d"adh´erencedansE. Th´eor`eme 3.1.2 (Propri´et´e de Bolzano-Weierstrass)Un espace m´etrique (E,d)est compact si et seulement si toute partie infinieAdeEadmet un point d"accumulation dansE, c`ad : il existea?Edont tout voisinage contient une infinit´e d"´el´ements deA. 1718CHAPITRE 3. ESPACES M´ETRIQUES COMPACTS
Pour simplifier, on dira qu"une partieAestborn´eesiρ(A) := sup
x,y?Ad(x,y)<∞.Parfois,ρ(A) est appel´ediam`etre deA.
Proposition 3.1.3SiAest une partie compacte de(E,d), AlorsAest `a la fois ferm´ee et born´ee. Pour d´emontrer cet ´enonc´e, on peut se servir du lemme qui suit. Lemme 3.1.4Les trois conditions sont ´equivalentes. (i)On aρ(A)<∞. (ii)Il existea?Atel queρ(a,A) := sup
x?Ad(a,x)<+∞. (iii)Pour touta?A,ρ(a,A) := sup
x?Ad(a,x)<+∞. Exemple 3.1.5 (a)[0,1] est compact mais ni ]0,1], niRne l"est. (b)Toute partie finie d"un espace m´etrique est compacte. (c)Dans l"espace (C0([0,1];R),d∞), soitAl"ensemble desf? C0([0,1];R) telles que max tion continue de (C0([0,1];R),d∞) versR,Aest un ensemble ferm´e. Il est ´evidemment born´e, et pourtant il n"est pas compact.3.2 Parties compactes deRn
Commen¸cons par la propri´et´e suivante : Proposition 3.2.1Soient(E,d)et(E?,d)deux espaces m´etriques et consid´erons l"espace m´etrique produit(E×E?,D), avec par exempleD((x,x?),(y,y?)) = d(x,y) +d?(x?,y?). AlorsE×E?est compact ssiEetE?sont tous compacts. En ce qui concerne l"espace euclidien de dimensionn,Rn, on a, plus pr´ecisemment : Th´eor`eme 3.2.2Une partieAdeRnest compacte ssiAest `a la fois ferm´ee et born´ee. Corollaire 3.2.3Dans un espace vectoriel norm´e de dimension finie, une par- tie est compacte ssi elle est `a la fois ferm´ee et born´ee. Pour obtenir le corollaire, il suffit de faire remarquer que tout espace vectoriel norm´e de dimensionnsur le corps des r´eels est hom´eomorphe `a l"espace euclidien R n. Le r´esultat suivant peut ˆetre vu comme "la r´eciproque" du th´eor`eme 3.2.2. Th´eor`eme 3.2.4 (Th´eor`eme de Riesz; Voir TD)Soit(E,? ?)un espace norm´e.Eest de dimension finie ssi sa boule unit´e ferm´ee¯B(0;1)est compacte. En d"autres termes, un espace vectoriel norm´e est localement compact (ie. chaque point admet un voisinage compact) ssi il est de dimension finie.3.3. COMPACIT
´E ET RECOUVREMENTS OUVERTS19
3.3 Compacit´e et recouvrements ouverts
SoitAune partie non vide de (E,d).
D´efinition 3.3.1On appellerecouvrement ouvert deAtoute collection d"ou- verts{Ui}i?Ide (E,d) telle queA? ?i?IUi. Le recouvrement est ditfinisiI est fini. Th´eor`eme 3.3.2Un espace m´etrique(E,d)est compact ssi, de tout recouvre- ment ouvert deE, on peut extraire un sous-recouvrement fini. La preuve peut se faire `a l"aide du lemme suivant. Lemme 3.3.3 (Voir TD)Soit(Ui)i?Iun recouvrement ouvert deE. SiEest compact, alors il existeρ >0tel que, pour toutx?E, il existeix?Itel queB(x,ρ)?Uix.
Remarque 3.3.4Dans un cadre plus ´etendu, un espace topologique est dit compacts"il est s´epar´e (au sens de Hausdorff) et si de tout son recouvrement ouvert on peut extraire un sous-recouvrement ouvert fini. Corollaire 3.3.5Une partieAde(E,d)est compacte ssi, de toute famille d"ouverts(Ui)i?IdeEtelle queA? ?i?IUi, il existe un sous-ensemble finiJ deItel queA? ?i?JUi. Corollaire 3.3.6Dans un espace m´etrique compact, si l"intersection d"une fa- mille de ferm´es est vide, alors une sous-famille finie est d"intersection vide.3.4 Applications continues d"un espace compact
Rappelons que toute fonction num´erique continue sur un intervalle ferm´e born´e atteint ses bornes inf´erieure et sup´erieure. Cette propri´et´e implique que f([a,b]) = [m,M] lorsquef: [a,b]→Rest continue. Voici un r´esultat qui va dans le mˆeme sens. Proposition 3.4.1Sifest une application continue de(E,d)vers(F,δ), alors f(K)est compact dansFpourvu queKsoit compact dansE. Autrement dit, l"image par une application conitnue d"un compact reste un compact. Corollaire 3.4.2Toute fonction continue sur un espace m´etrique compact `a valeurs dansRest born´ee et atteint ses bornes inf´erieure et sup´erieure. Exemple 3.4.3 (Voir TD)SoientA,Bdeux partie compactes de(E,d).Aet Bsont disjoints ssid(A,B) := infx?A,y?Bd(x,y)>0. Pour voir ceci, on munit E×Ede la m´etrique produit et on notera que l"applicationd:E×E→[0,∞) est continue et queA×Best compact dansE×E. Corollaire 3.4.4La compacit´e est une notion topologique en ce sens que, si (E,d1)et(E,d2)sont topologiquement ´equivalents, alors la compacit´e par rap- port `a l"une distance entraˆıne celle par rapport `a l"autre.20CHAPITRE 3. ESPACES M´ETRIQUES COMPACTS
Ceci d´ecoule de la proposition 3.4.1.
Le r´esultat suivant s"obtient avec la caract´erisation de la copmpacit´e en termes de sous-recouvrements ouverts finis. Th´eor`eme 3.4.5 (Heine)Soient(E,d)et(F,d?)des espaces m´etriques. On suppose queEest compact. Alors toute application continue de(E,d)vers(F,d?) est uniform´ement continue.quotesdbs_dbs44.pdfusesText_44[PDF] espace fermé définition
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