Filtre image par une fonction

Bonjour,

Je souhaite d'une part savoir si il y a un genre de réciproque à cette propriété:

Soient $E$ et $F$ deux ensembles, $f$ une application de $E$ dans $F$, l'ensemble des images par $f$ des éléments d'un filtre de $E$ est une base de filtre dans $F$.

Et d'autre part savoir si on peut étendre un peu celle-ci:

Soient $E$ et $F$ deux ensembles, $f$ une application de $E$ dans $F$, l'image d'un ultrafiltre de $E$ par $f$ est un ultrafiltre de $F$.

J'ai pour cela en tête les deux propriétés suivantes, je les pense très vraisemblables (sans pouvoir les démontrer, sauf dans le cas trivial où $f$ est injective) et suppose dans ce cas que leurs démonstrations possèdent des points communs:

Soient $E$ et $F$ deux ensembles, $f$ une application de $E$ dans $F$.

(a) Si un filtre $\mathcal{F}$ dans $F$ admet une base dans $f(E)$ alors il existe un filtre sur $E$ dont l'image par $f$ est égale à $\mathcal{F}$.
(b) Soit $\mathcal{F}$ un filtre sur $E$, tout filtre sur $F$ plus fin que $f_* \mathcal{F}$ admet un antécédent par $f$ plus fin que $\mathcal{F}$.

Merci d'avance pour tout coup de main (que ce soit pour détruire ces énoncés, proposer un bout de démonstration ou une source).

Réponses

  • Qu'est-ce que tu appellerais une réciproque au premier truc que tu proposes ?

    Le deuxième truc (à propos des ultrafiltres) que tu proposes est vrai, et la meilleure manière de le voir est de traduire ton filtre image de la manière suivante : si $\mathcal F$ est un filtre sur $E$, et $\mathcal G$ est le filtre sur $F$ engendré par $\{f(A), A\in \mathcal F\}$, alors $\mathcal G = \{A\subset F\mid f^{-1}(A) \in \mathcal F\}$ .

    En effet si $f^{-1}(A) \in \mathcal F$ alors $f(f^{-1}(A))\subset A$ et donc $A$ est bien dans le filtre engendré, et inversement si $A$ est dans le filtre engendré il contient $f(B)$ pour un certain $B\in \mathcal F$, de sorte que $B\subset f^{-1}(A)$, d'où $f^{-1}(A) \in \mathcal F$.

    Cette description de $f_*\mathcal F$ est plus agréable car $f^{-1}$ se comporte mieux vis-à-vis des opérations ensemblistes que $f$. Ainsi on prouve facilement que si $\mathcal F$ est ultra, $f_*\mathcal F$ aussi.

    Pour ton (a), quand tu dis base dans $f(E)$, tu veux dire base dont les éléments sont des sous-ensembles de $f(E)$, ou base dont les éléments sont de la forme $f(A), A\subset E$ ?

    Pour (b), tu peux déjà regarder pour $f$ injective et $f$ surjective (séparément) ce qu'il en est, puis décomposer $f$ sous la forme surjection suivie d'injection. Je n'y ai pas réfléchi plus que ça, mais ça devrait aider.
  • Re,
    Désolé d'avoir pollué le forum (ça devient une habitude), je pouvais résoudre le truc moi-même (j'indique quand même le truc des fois que j'aurais fait une grosse bêtise sans la voir):
    En ce qui concerne l'énoncé (a), l'ensemble $\mathcal{F}'$ des parties de $E$ vérifiant $\forall A, A\in \mathcal{F}' \leftrightarrow [\exists B, B\in \mathcal{F}\wedge f^{-1}(B)=A]$ est un filtre sur E et son image directe coïncide avec la base de $\mathcal{F}$. Donc ça, ça va.

    Et en ce qui concerne le (b), je crois avoir du coup trouvé l'idée et j'ai été vachement bien inspiré de l'associer à l'autre (à mon échelle, c'est un coup de génie! je crois que l'étude de la topologie me rend intelligent). Avec les mains: ce filtre plus fin que $f_*\mathcal{F}$ (nommons-le $\mathcal{F}'$) possède une base sur $f(E)$ ( composés des intersections de ses éléments avec $f(E)$, jamais vide puisqu'il sont d'intersections non vide avec la base de $f_*\mathcal{F}$, contenue dans $\mathcal{F}'$ ), il a donc, par (a) un antécédent par $f$ dans $E$ (on prend dans un premier temps le "direct", qui est le plus grossier, ça doit impliquer la compatibilité) constatant que l'intersection de n'importe quel élément de cette 'image réciproque directe" de $\mathcal{F}'$ par $f$ avec n'importe quel élément de $\mathcal{F}$ est non vide (i.e: qu'ils sont compatibles), le filtre composé des intersections des éléments de ces deux-là (c'en est un à vue de nez) a toute les chances de faire l'affaire.
  • Oups, on s'est croisé....
    Merci beaucoup Maxtimax... A priori, l'idée est la même, sauf qu'en ce qui me concerne, j'ai un peu galéré à la trouver parce que je ne suis pas encore très habitué à ce genre de raisonnement sur les filtres.
    J'appelais la propriété (a) la réciproque à la première propriété énoncée, sachant qu'il est assez évident qu'un filtre "image" possède une "base sur $f(E)$", du coup je voulais savoir si tout les filtres qui ont cette propriété sont nécessairement des "images".
  • Si $f:E \to F$ n'est pas surjective et si $y\in F\setminus f(E)$, alors $\mathcal U:= \{G\subseteq F \mid y \in G\}$ est un ultrafiltre de $F$ et son image réciproque par $f$ n'est même pas un filtre puisque $f^{-1}(\{y\})=\emptyset$ n'appartient à aucun filtre.

    Pour des exemples de fonctions surjectives telles que l'image réciproque d'un ultrafiltre n'est pas un filtre, prendre $F$ réduit à un élément et $E$ a au moins $2$ éléments.
    Une fonction est un ensemble $f$ de couples tel que pour tous $x,y,z$, si $(x,y)\in f$ et $(x,z)\in f$ alors $y = z$.
  • Bonjour,
    Merci beaucoup pour vos réactions,
    Il y a un gros quiproquo et, mille pardons, c'est complétement de ma faute, je viens de relire le message de base, et j'ai fait une erreur monumentale en l'écrivant, j'avais oublié de recopier "Si $\mathcal{F}$ possède une base dont les éléments sont parties de $f(E)$" (l'idée apparaît dans la proposition de démonstration, mais comme c'est mal rédigé, ça ne donne pas envie de la lire).... Je vais donc un peu corriger le premier message pour le rendre plus clair.
  • Euh.... Non en fait, c'était pas si mal, si un filtre sur $F$ est plus fin que $f_* \mathcal{F}$, il a bien une base sur $f(E)$, désolé Foys, je maintiens.

    Tout ce qu'on peut dire sur la base de ses propriétés à propos des ultrafiltres de $F$, c'est que ceux qui ont une base sur $f(E)$ admettent des antécédents (enfin, au moins un, comme les autres filtres qui admettent une base sur $f(E)$), et puisqu'ils ont en plus la propriété d'être "stable par raffinement de l'antécédent", ils admettront nécessairement des (enfin, au moins un) ultrafiltres comme antécédents.
  • J'avais utilisé $f$ non surjective mais n'avais pas vu "$\mathcal F$ possède une base dans $f(E)$".

    En fait si $f:E\to F$ est une application et $\mathcal G$ est un filtre de $F$ dont tous les éléments rencontrent $f(E)$ alors $\{f^{-1}(T) \mid T \in \mathcal G\}$ est clairement la base d'un filtre $\mathcal H$ tel que $f_*(\mathcal H)=\mathcal G$. (edit: bon le passage en bleu est démenti par le cas où $\mathcal G=\{F\}$; on aura $f_* \mathcal H = \{K \mid f(E)\subseteq K \subseteq F\}$).
    Une fonction est un ensemble $f$ de couples tel que pour tous $x,y,z$, si $(x,y)\in f$ et $(x,z)\in f$ alors $y = z$.
  • Salut,
    Merci, il était évident que le quiproquo venait de par là.. En ce qui concerne la propriété que tu cites, c'est vrai qu'elle est évidente a posteriori :-D. Mais bizarrement, hier soir, j'ai mis un temps fou à m'en rendre compte et c'était même le point de blocage.

    Edit: Sur ta remarque, dans le cas du filtre $\mathcal{G}=\{ F\}$, son unique base est lui-même, du coup, je ne me sens en toute généralité pas trop concerné.
  • (a) et (b) de http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?14,1894722,1894722#msg-1894722 sont vrais. Pour (a) c'est l'application des définitions. Pour (b) si $f:E\to F$ est une application, $\mathcal F$ un filtre sur $E$ et $\mathcal G$ un filtre sur $F$ plus fin que $f_* \mathcal F$, remarquer que $\{X \cap f^{-1}(U) \mid X \in \mathcal F, U \in \mathcal G\}$ est la base d'un filtre (noté $\mathcal H$ ici) tel que $f_* \mathcal H \subseteq \mathcal G$ et $\mathcal G \subseteq f_* \mathcal H$).
    Une fonction est un ensemble $f$ de couples tel que pour tous $x,y,z$, si $(x,y)\in f$ et $(x,z)\in f$ alors $y = z$.
  • Merci beaucoup Foys.
    J'aurais dû préciser après mon deuxième message, j'avais juste l'idée avec les mains à ce moment là, mais c'était plutôt facile à formaliser (même pour la compatibilité des deux filtres $\mathcal{F}$ et $f^{-1}(\mathcal{G})$) et je l'ai fait dans la foulée. En fait on peut peut montrer que "l'image réciproque" d'un filtre par une fonction (celui que je qualifiais de "direct" ou de "plus grossier", et que tu nommes plus simplement et avec raison $f^{-1}(\mathcal{G})$) est un filtre sur sur le domaine ($E$) et puisqu'il est compatible avec $\mathcal{F}$, l'ensemble que tu décris là n'est pas juste une base du filtre recherchée, c'est le filtre.


    Edit: Flute! AD m'a pincé! Par ailleurs, j'ai dit une ânerie dans ma dernière phrase je voulais dire "un filtre qui possède une base sur f(E)" et pas un filtre quelconque (parce que sinon, ça ne marche généralement pas, comme Foys l'avait déjà signalé).
  • De mon téléphone @Titi:

    Si s va de $(E \to X)$ dans $X$ alors c'est une sorte d'élément virtuel* de E. Si f va de E dans F tu obtiens l'image de s par f comme suit:

    $$ g\mapsto s(g \circ f)$$

    qui va de $(F \to X)$ dans X et est un élément virtuel* de F.

    Le cas des ultrafiltres est un cas particulier du cas lui-même particulier où $X=2$.

    * élément bien réel quand il existe $a\in E$ tel que $s = [f\mapsto f(a)]$

    Edit: j'ai édité et mis du latex.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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