Besoin de détails sur un ex. corrigé.

Bonjour
Je suis tombé sur une application de cours assez simple et corrigée mais j'aimerais plus de détails sur leur conclusion car même si cela semble évident, j'ai l'impression qu'ils empruntent un raccourci.

On considère $(E, ||.||)$ un espace de Banach, et $E_n$ une suite décroissante de fermés non vides de $E$ tel que $\lim D(E_n) = 0$ et où $D(E_n)$ désigne le diamètre de $E_n$.
Le point 1 consistait à montrer qu'il existait un point $a$ de $E$ tel que $\cap E_n = \{a\}$ ce qui se fait sans trop de peine en construisant la bonne suite de Cauchy.
Le point 2 veut montrer que si on a une fonction $f$ continue de $E$ dans $F$, on a $\cap f(E_n) = f(\{a\})$

Pour cela ils le font par inclusion.
L'inclusion $f(a) \subset \cap f(E_n)$ est évidente.

Pour l'autre sens, on prend $W$ un voisinage quelconque de $f(a)$.
La continuité en $a$ implique qu'il existe $r > 0$ t.q. $f(B(a,r)) \subset W$.
De plus, comme $\lim D(E_n) = 0$, il existe $N$ t.q. pour $n \geq N,\ D(E_n) \leq r.$
On a donc pour tout $n \geq N,\ E_n \subset B(a,D(E_n)) \subset B(a,r)$
Et pour tout $n \geq N,\ f(E_n) \subset f(B(a,r) \subset W$

Et la conclusion qui me pose problème :
Comme cela est vérifié pour tout voisinage de $f(a)$, on a $\cap f(E_n) = f(\{a\})$.
Est-ce possible de détailler plus, car on a une intersection, un infini dénombrable, ça ne se marie pas bien généralement.
Merci.

Réponses

  • Il te manque juste une étape. $W$ étant fixé, on obtient $\bigcap_n f(E_n) \subset W$ (à toi de le justifier). À partir de ça, on montre facilement que $\bigcap_n f(E_n) \subset \{f(a)\}$ à la main : soit $y \in \bigcap_n f(E_n)$...
  • $W$ étant fixé, $\bigcap_n f(E_n) \subset W$ se justifie par le fait que les $E_n$ étant une suite décroissante, les $f(E_n)$ le sont aussi donc si à partir d'un certain rang, $f(E_n) \subset W$, l'intersection des $E_n$ est également incluse dans $W$.

    Et si je comprends bien pour conclure, on dit que pour tout voisinage $W$ de $f(a)$, les $y$ appartenant à cette intersection appartiennent aussi à $W$, donc les $y$ appartiennent à l'intersection des voisinages de $f(a)$ et cette intersection est égale à $f(a)$

    Cela me fait vous demander, c'est admis (autrement dit, du cours) le fait que l'intersection des voisinages d'un point est précisement ce point ?
  • C'est une conséquence simple de la séparabilité de ton espace, qui est automatique puisqu'il est métrique. Tu devrais écrire la démonstration, ça n'a rien de sorcier.
  • Merci Poirot.

    Pour la démo, en partant de la définition d'un voisinage, on peut facilement affirmer que l'intersection de tous les voisinages d'un point $a$ est égale à l'intersection de toutes les boules ouvertes de centre $a$.
    et pour ensuite montrer que $\bigcap_{r>0} B(a,r) = \{a\}$, raisonner par l'absurde, et choisir $y \ne a$, et $y \in \bigcap_{r>0} B(a,r)$, et donc que $\ \forall r > 0,\ ||y-a|| < r$, ce qui implique $y = a$.
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.