Question sur la compacité locale

En lisant le livre de Hocking&Young (Topology) je tombe sur une affirmation que je n'arrive pas à prouver.

Ils affirment qu'un espace peut être localement connexe en tout point sauf un (et invoque l'exemple du graphe de la fonction $x \mapsto \sin \frac 1 x$ pour $x \ne 0$ union le point $(0,0)$) mais qu'en revanche un espace (séparé) ne peut être localement compact en tout point à l'exception d'un seul.

Quelqu'un pourrait-il me donner une preuve de cette dernière partie de l'affirmation (la partie en gras) ?

Réponses

  • Considère le disque ouvert de centre $0$ et de rayon $1$ $D$ dans $\R^2$ union le point $(1,0)$, appelle ça $X$. $X$ est très clairement séparé.
    Je note $\overline{D}$ son adhérence dans $\R^2$

    $D$ est très clairement localement compact. Pourtant un voisinage de $(1,0)$ ne peut pas être compact. L'affirmation est donc fausse.

    (pour voir pourquoi un tel voisinage ne peut pas être compact, un tel voisinage contient l'intersection d'une boule ouverte centrée en $(1,0)$ avec $X$, et une telle intersection contient une suite qui tend vers le bord dans $\R^2$, dont on ne peut donc pas extraire de sous-suite convergente; or ici tout est à base dénombrable donc compacité implique compacité séquentielle)
  • Pour prolonger la discussion (même si ça ne répond pas totalement à ta question) sur la compacité locale et l'idée de virer un point à un espace localement compact.

    Propriété : soit $E$ un espace topologique localement compact et $A$ une partie de $E$.
    Si $A$ est ouverte ou fermée alors l'espace $A$ est localement compact.

    Preuve :
    Déjà, comme $E$ est séparé, $A$ l'est aussi.

    Si $A = \emptyset$, c'est clair.

    Sinon, soit $x \in A$, comme $E$ est localement compact, il existe $K \in \mathcal{P}(E)$ tel que $K$ est un voisinage compact de $x$.

    Si $A$ est fermée alors $A \cap K$ est un fermé du compact $K$, c'est donc aussi un compact. Et $A \cap K$ est un voisinage de $x$ inclus dans $A$ (puisque $K$ est un voisinage de $x$), d'où le résultat lorsque $A$ est fermée.

    Si $A$ est ouverte alors $A$ est un voisinage de $x$ donc $A \cap K$ est un voisinage de $x$. Comme $E$ est localement compact, il existe une partie compacte $C$ de $E$ telle que $C$ est un voisinage de $x$ et $C \subset A \cap K$ donc $C = C \cap A$ est un voisinage compact de $x$ inclus dans $A$.



    Une conséquence de ce résultat : si $E$ est un espace compact non vide et si $\omega \in E$ alors $F = E \setminus \{ \omega \}$ est localement compact (en effet $\{ \omega \}$ est un fermé de $E$ puisque $E$ est séparé et donc $F$ est un ouvert de $E$ en tant que complémentaire d'un fermé).
  • Merci pour vos réponses!
    @Maxtimax
    Ok c'est clair, merci pour la rectification!

    Je retranscris le texte du livre (Edition Dover p 105), peut-être ai-je mal compris? (Vu mon anglais...)

    "The space $S$ is locally connected if it is locally connected et each point. A few words about this property are in order before the precise study begins. First, a space may be locally connected at all but one point. (This is in contradistinction to local compactness.) "
  • C'est bizarre, ce que tu retranscris est aussi ce que je comprends de la citation. Pourtant mon exemple a l'air correct..
  • Moi je ne comprends pas cette citation comme disant qu'il n'existe pas d'espace séparé où tous sauf 1 point ont une base de voisinage connexe :-D (mais mon anglais....)
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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