Partie fermée dans un sous-espace

J'ai une question toute simple. Soit $X$ un espace topologique, et $Y$ un sous-espace topologique de $X$.

Si $B$ est une partie fermée de $Y$, alors $B$ est-elle automatiquement une partie fermée de $X$ ? Je ne sais pas s'il faut faire intervenir la topologie induite là-dedans.

Merci d'avance.

Réponses

  • Bonjour.

    Y est une partie fermée de Y, pas nécessairement fermée dans X.

    Cordialement.
  • Ok merci gerard0. Quelle serait alors, dans les mêmes hypothèses, une condition pour que $B$ soit une partie fermée de $X$ ?
  • Mon exemple marche toujours !

    Si ça ne te satisfait pas, prends par exemple $X=\mathbb R$ avec la topologie habituelle, $Y=]0,1[$ et $B=]0,1/2]$.

    Pour une condition sur Y, tu peux examiner le cas où Y est un fermé. Pour une condition sur l'espace topologique entier, tu peux prendre $\mathbb N$ avec la topologie discrète.

    Cordialement.
  • Merci beaucoup. Je n'ai pas assez réfléchi. $X \setminus B = (X \setminus Y) \cup (Y \setminus B)$, donc si $Y$ est fermée dans $X$, alors $B$ est fermée dans $X$. Ton exemple me convainc totalement !
  • Si $X$ est séparé, comme condition sur $B$ uniquement tu as compact.
    Si $X$ est métrique, $B$ complet suffit également.

    Par ailleurs ta preuve est fausse (mais le resultat vrai), $Y\setminus B$ n'a pas de raison d'etre un ouvert de $X$ si $B$ est fermé dans $Y$ qui est fermé dans $X$.
  • Merci beaucoup NoName. Ma démonstration est fausse en effet, et cela ne m'étonne pas car j'ai du mal avec la topologie induite.

    $B$ est un fermé de $Y$ donc $Y \setminus B$ est un ouvert de $Y$, donc s'écrit $Y \cap O$, avec $O$ un ouvert de $X$.
    Alors $X \setminus B =(X \setminus Y) \cup (Y \setminus B)= (X \setminus Y) \cup (Y \cap O)=(X \setminus Y) \cup O $, union de deux ouverts de $X$, c'est un ouvert de $X$, donc $B$ est un fermé de $X$.

    En effet, si $X$ est séparé et $B$ quasi-compact (pour la topologie induite), alors $B$ est fermé.

    Ce que je ne comprends pas dans la topologie induite, c'est qu'on ne précise pas quand on parle d'une partie ouverte ou d'une partie fermée, de quel espace topologique, par rapport à quel autre. Dans la définition, on ne parle que d'un ouvert de $Y$, ou d'un fermé de $Y$.

    Je m'explique : dans un espace topologique $X$, soit $Y$ une partie de $X$, on dit que $B$ est une partie ouverte de $Y$ s'il existe un ouvert $O$ de $X$ tel que $B=O \cap Y$.
    Maintenant, si on inclut $X$ dans un espace topologique $Z$, $X \subset Z$, quand on parle d'un ouvert de $Y$ (sans plus), c'est un $O \cap Y$, avec $O$ ouvert de $X$ ou $O$ ouvert de $Z$ ?

    Merci d'avance.
  • Quand on dit "ouvert de $Y$", ça veut dire un ouvert de l'espace topologique $Y$ muni de la topologie induite de celle de $X$, ou de $Z$, ce qui ne change rien.
  • C'est la meme chose.
  • Merci beaucoup Poirot. Il faut donc vérifier que la topologie de $Y$ induite de celle de $X$ et induite de celle de $Z$ est la même ! Je vais m'y essayer.
    Dans ce cas, ça la rend indépendante de la topologie de $X$, alors que la définition donne l'impression qu'elle en dépend.
  • Bonjour,

    C'est vérifié. La topologie de $Y$ induite de celle de $X$ vit par elle-même. Maintenant si on inclut $X$ dans $Z$ et on considère que la topologie de $X$ était en fait (sans le dire, mais en le disant) la topologie induite de celle de $Z$, alors la topologie de $Y$ induite de celle de $X$ est la même que la topologie de $Y$ induite de celle de $Z$ (je l'écris pour m'en convaincre). Idem si on insère $Z$ entre $Y$ et $X$, muni de la topologie induite de celle de $X$.

    Par contre, si on inclut $X$ dans $Z$, sans considérer que la topologie de $X$ est la topologie induite de celle de $Z$, les ouverts de $Y$ muni de la topologie induite de celle de $X$ ne sont plus les ouverts de $Y$ muni la topologie induite de celle de $Z$. Donc parler des "ouverts de $Y$ pour la topologie de $Y$ induite de celle de $X$" est ambigü. Ben oui, mais évidemment c'est parce qu'on ne munit pas $X$ de la même topologie dans les deux cas.

    Maintenant, il faut comprendre que dans $\mathbb{R}$, l'intervalle $[3,7]$ est ouvert dans lui-même, au même titre que l'intervalle $]2,5[$ dans lui-même. En abrégé, si on munit $\mathbb{R}$ de sa distance et de sa topologie naturelle, $]2,5[$ est homéomorphe à $\mathbb{R}$ tandis que $[3,7]$ ne l'est pas, il le serait à la droite réelle achevée (en incluant $\mathbb{R}$ dans cette droite), et $\mathbb{R}$ et la droite réelle achevée ne le sont pas entre eux. Oui bon, rien ne dit que deux ouverts doivent être homéomorphes, je réfléchis tout haut.
  • Deux ouverts de R n'ont aucune raison d'etre homéomorphe, par contre si un ouvert de R est homeomorphe à une partie de R, alors cette partie est un ouvert, c'est assez simple à prouver dans le cas de R.
    Ca reste vrai dans R^n, mais c'est un poil plus delicat à prouver.
  • @Julia Paule : Tout ce que tu dis dans ton dernier message est exact. Pour compléter, il n'y a pas que des intervalles dans $\mathbb R$ ! Tu peux regarder des exemples encore plus tordus, par exemple $\mathbb Q, \mathbb R \setminus \mathbb Q$, l'ensemble de Cantor, la réunion d'un singleton, d'un intervalle semi-ouvert et d'un Cantor, etc. Dans chacun de ces cas, ils sont ouverts dans eux-mêmes pour la topologie induite par celle de $\mathbb R$ (en fait ce serait le cas pour n'importe quelle topologie sur ces ensembles par définition mais passons !) mais ils sont loins d'être homéomorphes à $\mathbb R$.
  • NoName, tu dis : "si un ouvert de R est homeomorphe à une partie de R, alors cette partie est un ouvert", cela semble immédiat et général dans tout espace topologique ?
    Soit $E$ un espace topologique, et $f$ un homéomorphisme qui envoie une partie $A$ de $E$ sur une partie $B$ de $E$. Si par exemple $B$ est un ouvert, alors $f^{-1}(B)=A$ est un ouvert, idem dans l'autre sens.
  • Ok merci Poirot. Oui les intervalles ouverts de $\mathbb{R}$ sont une base des ouverts de $\mathbb{R}$. J'ai pris ces exemples pour faire simple.
  • Heu non, ca n'est pas du tout général ni immédiat (enfin dans le cas de $\mathbb{R}$ c'est trivial).

    Rien ne dit que l'homéomorphisme en question s'étend à tout l'espace.
    Si $E$ est un espace topologique et $A$ un ouvert de $E$ et $B$ une partie de $E$, et $f$ un homéomorphisme de $A$ sur $B$ alors $B$ n'a aucune raison d'etre ouvert (de $E$) en général.

    Mais dans $\mathbb{R}^n$, c'est vrai.
  • Ah ok, j'ai supposé que l'homéomorphisme était un homéomorphisme de $E$. On ne peut donc rien dire d'immédiat.
  • Un contre-exemple tout bête : $E = \{a, b\}$ muni de la topologie $\{\emptyset, \{a\}, E\}$. Alors l'application $b \mapsto a$ est un homéomorphisme entre $\{b\}$ (muni de la topologie induite $\{\emptyset, \{b\}\}$) et $\{a\}$ (muni de la topologie induite $\{\emptyset, \{a\}\}$).
  • Ah merci Poirot. C'est un homéomorphisme de $\{b \}$ sur $\{a \}$, avec $\{a \}$ un ouvert de $E$, et $\{b \}$ qui n'est pas un ouvert de $E$.
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