espace relativement compact

Bonjour, pourriez vous m'aider à déterminer si ce qui suit est vrai et le cas échéant une démonstration de ce résultat ?

Soit E un espace métrique et X un fermé de celui-ci. Soit F inclus dans X tel que de tout suite d'éléments de F, on peut extraire une sous suite convergeant vers un élément de X. F est il relativement compact (d'adhérence compacte)?

Merci d'avance

Réponses

  • Salut,

    C'est la definition ("sequentielle") d'un espace relativement compact (souvent appele espace pre-compact).
  • Attention Kito il me semble que tu es passé à côté de la subtilité...
  • Oui effectivement la subtilité est là : l'espace F n'est pas compact, les sous-suites convergent sur X et non F. De plus précompact il me semble que ce sont les espaces que l'on peut recouvrir par un nombre fini de boules, ou encore de manière équivalente que son complété est compact ...
    Merci de vous intéresser à ce post ce "lemme", s'il est juste, me permettrait de finir une démonstration d'Ascoli (assez simple, sans topologie produit ou théorème de Tychonoff)...

    [Ce n'est pas parce que tu n'as pas besoin de Tychonoff qu'il faut le priver de sa majuscule. :) AD]
  • @ egoroff: Mmm!!! Interesting.
    @ fanf: si Y était compact il n'y a rien à prouver. On qualifie ces ensembles de précompactes du fait qu'on est dans un espace métrique.
  • C'est la definition ("sequentielle") d'un espace relativement compact (souvent appele espace pre-compact).

    Il n'y a pas de définition "séquentielle". Si plusieurs définitions sont équivalentes, il faut le prouver. (Idem pour histoire de précompact/rel compact)

    En oubliant E, à priori, la question dans X ou dans E par contre n'est pas très différente puisque tout a l'air de se passer dans X et que la distance est une application de $E^2$ dans $\R$

    Soit $G$ l'adhérence de $F$ (c'est la même dans $E$ et dans $X$ car $X$ est fermé et qu'une distance induit un e-t séparé)

    Si $W$ est un ultrafiltre sur $G$, la question se pose de savoir s'il a une limite, et la réponse est oui, sinon:

    Si pour tout $n$ il existe un élément $x_n$ de $G$ à la distance moins de $1/n$ de $W$, comme $x_n$ est adhérent à $F$, il existe aussi une suite $y_n$ d'éléments de $F$ telle que pour chaque $n\in \N: y_n$ est à une distance moindre que $2/n$ de $W$**

    ** voir la suite pour cette notion de distance d'un point à un ultrafiltre

    Une suite extraite de $y$ qui converge a une limite qui est une limite de $W$ et c'est gagné.

    Il s'ensuite qu'il existe un réel $a>0$ tel qu'aucun élément de $G$ n'est à distance moindre de $W$ que $a$. (***)

    Comme $W$ est non principal, sinon, il aurait une limite, voilà comment tu construis une suite $u$ dans $F$ qui n'a pas de sous-suite convergente (du tout, ni dans $X$, ni dans $E$ lol)

    Tu pars d'une suite $u$ dans $G$ telle que:

    $dist(u_p,u_n)\geq a$ pour tous entiers $p,n$ tels que $p<n$.

    Et tu prends une suite $v$ d'elts de $F$ tels que $dist(v_n;u_n)\leq 1/n$. La suite $v$ convient.

    L'existence de la suite $u$ est assurée (supposant les $u_p;p<n$ déjà construits) par le fait que l'ensemble $T_n$ des $y\in G$ tels que pour tout $p<n: dist(u_p,y)\geq a$ est tel que $T\in W$ (à cause de ***), ce qui te permet de construire $u_n$ puisque tu choisis n'importe quel élément de $T$

    Conclusion: $G$ est compact, donc $F$ est relativement compact.

    (sur ce je vais voir "les beaux gosses" au ciné, j'étais hésitant.. on verra)
  • Merci ! Mais ultrafiltre ne fait pas encore partie de mon vocabulaire matheux... Y a-t-il une solution plus élémentaire ?
    Sinon tant pis je vais ouvrir un bouquin de topo pour savoir de quoi il s'agit.
    ccnc : Ce film est plutôt sympa
  • ccnc écrivait:
    > C'est la definition ("sequentielle") d'un espace
    > relativement compact (souvent appele espace
    > pre-compact).
    >
    >
    > Il n'y a pas de définition "séquentielle". Si
    > plusieurs définitions sont équivalentes, il faut
    > le prouver. (Idem pour histoire de précompact/rel
    > compact)

    En attendant de prouver qu'elles sont equivalentes, est ce une raison que la definition "sequentielle" n'en soit pas une?

    Jusqu'a l'arrivee du Grand egoroff ou de Monseigneur remarque, je prefere attendre pour savoir ou etait la subtilite.
  • @cc : Je pense qu'on peut utiliser la définition séquentielle, ou {\it caractérisation} séquentielle si tu préfères, des espaces métriques compacts, sans la redémontrer à chaque fois, parce que sinon on n'a pas fini.

    @Kito : Désolé en fait tu as raison c'est effectivement comme ça qu'on caractérise les parties relativement compactes d'un espace métrique, j'ai mal lu ton message.

    @fanf : Comme l'a dit cc, tout se passe dans $X$ donc on peut oublier $E$. On peut adapter sa démo en oubliant les ultrafiltres : on note $G=\bar{F} \subset X$, on prend $(x_n)$ une suite de points de $G$, et pour tout $n$ on choisit $y_n \in F$ tel que $d(x_n,y_n) \leq 2^{-n}$ (possible par définition de l'adhérence) ; $(y_n)$ admet une sous-suite convergeant vers $\ell \in X$, la sous-suite de $(x_n)$ correspondante converge également vers $\ell$, et en fait $\ell \in G$ puisque $G$ est fermé ; donc $G$ est compact.
  • Merci egoroff. Je suis rassurE. ccnc was trying to impress me with some ultrafilters while I knew I was right ;).
  • ccnc : ce film est plutot sympa

    J'en sors, un peu longué quand-même, mais des moments de rires vraiment réussis. Je recommande pas le film de Woody Allen par contre que j'ai vu hier...
    sans la redémontrer à chaque fois, parce que sinon on n'a pas fini

    Bin je ne connaissais pas trop les intentions de fanf, puisqu'à vrai dire c'est presque elle seule qui semblait lui poser soucis. Si on admet cette caratérisation, il n'y avait (presque) rien à faire (sauf si on le soupçonne de ne pas avoir penser qu'une suite u d'elts dans l'adhérence de F est approchable par une suite v d'elt de F... ;) )
    merci! mais ultrafiltre ne fait pas encore partie de mon vocabulaire matheux... Ya til une solution plus élémentaire?

    Elle l'est bcp plus qu'elle ne parait. Si c'était un peu long, c'est parce que j'ai prouvé en même tps que métrique --->(compact<--->de toute suite on pt extraire..), vu que sans quoi il n'y avait (presque) "rien" à faire.

    Un ultrafiltre sur E est un ensemble de parties de E tel que:

    (1) s'il contient A il contient toute partie de E dans laquelle A est incluse

    (2)s'il contient A1,A2,..An alors il contient leur intersection

    (3) il ne contient pas l'ensemble vide

    (4) Pour tout ensemble B il contient ou bien B ou bien son complémentaire.

    Exercice: en fait (1) (2) (3) caratérisent les filtres, et par Zorn tu peux prolonger tout filtre en un filtre maximal (être maximal implique (4))

    Un espace est compact ssi tout ultrafiltre a une limite. Une limite b d'un ultrafiltre U c'est un point tel que tout ouvert contenant b appartient à U.

    Quand tu as un recouvrement ouvert sans sous recouvrement fini, les complémentaires des ouverts de ce recouvrement appartiennent naturellement à un filtre F (que tu devineras facilement). Tu le prolonges en un ultrafiltre W, et s'il a une limite t, il y a une contradiction car il y a un des ouvert du recouvrement disons S sensé contenir t, alors que le complémentaire de S étant dans F doit appartenir à W

    Donc pour prouver qu'un espace est compact, il suffit de prouver que tout ultrafiltre a une limite. C'est juste ça que j'ai fait.

    Si tu préfères une version avec des recouvrements ouverts, je peux te la faire, mais de chez moi tout à l'heure, là je suis pas très bien assis lol

    La réciproque que tu ne demandais pas quand tu as un ultrafiltre sans limite, pour chaque x tu choisis un ouvert U_x qui n'est pas dans l'ultrafiltre et contient x et c'est évidemment un recouvrement sans sous recouvrement fini.
  • Je te remercie pour ces éclaircissements ccn. Ne te dérange pas pour les recouvrements ouverts, la démo simple d'ergoroff(merci!!) me suffit. Il n'yavait effectivement presque rien à faire ! Cependant, la définition de précompacité et le lien avec ma question ( la relative compacité de F) par Mickeal, heu kito pardon, ne me convainc toujours pas... Mais j'ai en tout cas ce que je voulais. merci à tous!
    fanf
  • fanf,

    Un sous ensemble d'un espace metrique qui est relativement compact est aussi dit precompact, ou relativement bornE.
    Il n'y a rien a prouver car c'est la definition ou le critere de relativement compact dans les espaces metriques. En effet, si on prend l'adherence, elle est ferme, et egoroff a completE.

    ps: c'est Michael et non Mickeal.
  • ok kito, merci de mettre les choses au clair, dsl d'avoir écorché le prénom du roi dla pop, dont je n'ai jamais été un grand fan personnellement mais bon... c'était qd meme un grand
    thx
  • fanf,

    Essaie d'ecrire tes mots en entier (ref. charte).
    T'inquiete pas pour le nom.


    fanf écrivait:
    >... dont je n'ai jamais été un grand fan personnellement mais
    > bon... c'était qd meme un grand
    > thx

    Peut etre parce que tu ne sais pas ce qu'il disait dans ses chansons.
  • Ok fanf

    de Kito:
    Un sous ensemble d'un espace metrique qui est relativement compact est aussi dit precompact, ou relativement bornE.
    Il n'y a rien a prouver car c'est la definition ou le critere de relativement compact dans les espaces metriques. En effet, si on prend l'adherence, elle est ferme, et egoroff a completE.

    J'ai barré les choes sur lesquelles je pense que tu te trompes kito: certes, je ne suis pas "gardien" des définitions, ni même franc connaisseur de toutes les définitions scolaires, mais concernant celles-ci, il me semble très fortement que tu commets une erreur:

    C'est un "puissant" théorème que précompact implique relativement compact dans les métriques complets), ce n'est pas une décision taxonomique, où alors c'est un puissant théorème compact et métrique équivaut à seq compact et métrique, mais de quelque façon que tu tournes le truc il y aura toujours un truc (profond) à prouver.

    A ma connaissance précompact veut juste dire que quelque soit un epsilon, on peut recouvrir l'espace par un nombre fini de boules de diamètre espilon alors que compact (rel compact=d'adhérence compact, ça ok, c'est une définition) veut dire que quelquesoit la façon d'associer un certain epsilon_x à chaque x de l'epace, même là tu peux trouver un recouvrement fini.

    La différence entre les 2, c'est que dans le premier cas l'application $x\to \epsilon _x$ est constante alors que dans le second elle est quelconque.

    Sans le mot "complet" d'ailleurs, $[0;1]\cap \Q$ est précompact et métrique, bien que non compact.


    Et fanf n'a jamais supposé que quoique ce soit au départ est complet.

    Pour prouver que précompact implique compact (dans les complets), il me semble assez difficile d'éviter de passer par une étape où, en fait tu prouves que pour tout recouvrement il exsite $e>0$ telle qur toute boule de diamètre $e$ est incluse entièrement dans au moins un ouvert du recouvrement.

    Dans tout métrique compact on a ça...

    Egoroff n'a pas parlé de précompacité, mais a utilise la caractérisation de la compacité dans les métriques (seq compact) et a prouvé à fanf que de toute suite de l'adh de F on peut extraire une sous-suite convergente vers une limite de ladite adhérence
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Salut cc,

    merci pour ce LONG message. Mais peut etre que cette reference pourra aider.
  • j'ai cliqué, je pense que certains articles de wikipedia induisent en erreur, c'est d'ailleurs connu (exemple Godel, etc où moult logiciens sont souvent affligés quand ils le consultent. Donc attention, wikipedia est très bien, mais à prendre avec un esprit critique.

    Mais il est bien vrai que cet article fait comme toi, en "déclarant" comme si c'était une définition que précompact veut dire relativement compact.

    Je reprends donc ces bases en détails:

    un espace métrique $E$ est précompact quand pour tout nombre $e>0$ il existe un ensemble fini de boules de rayon au plus $e$ dont la réunion est $E$.

    Exemple: $\Q\cap [0;1]$ est précompact

    un sous-espace métrique d'un espace métrique est relativement compact quand son adhérence est compacte

    un espace topologique quelconque est compact quand de tout recouvrement ouvert on peut extraire un sous-recouvrement fini

    un espace métrique est séquentiellement compact quand de toute suite on peu extraire une sous-suite convergente

    un espace métrique est complet quand toute suite de Cauchy converge

    Voici les théorèmes (le nombre d'étoiles représente une mesure de la plus courte preuve connue):

    **** 1) Tout métrique segcompact est compact

    ******** 2)Tout complet précompact est compact

    ** 3) tout compact métrique est seqcompact

    *** 4) le complété d'un précompact est précompact

    preuve de 4: recouvrant $E$ avec un nombre fini de boules de rayon $e$ et de centre dans l'ensemble fini F, les limites des suites de Cauchy appartiennent chacune à au moins une des boules de rayon $2e$ dont le centre est dans F

    preuve de 3: soit u une suite et à chaque y dans $E$ associons un ouvert $U_y$ contenant y et ne contenant qu'un nombre fini de $u_n$. Soit $F$ un ensemble fini tel que les $U_y;y\in F$ recouvrent $E$. L'un de ces $U_y$ contient une infinité de $u_n$ contradiction

    preuve de 1: voir ci-dessus

    preuve de 2: admettons qu'il un nombre $e>0$ tel que toute boule de rayon au plus $e$ est entièrement incluse dans un des ouverts du recouvrement $R$. Mais admettre ce point (1) est gratuit, il faut le prouver. Montrons, en fait que n'importe quel ultrafiltre $W$ a une limite. S'il n'en a pas, à chaque $x\in E$, on associe $x\in U_x\notin W$ ce qui donne un recouvrement sans sous-recouvrement fini. A chaque entier $n\in \N$ on associe un point $u_n$ à une distance moindre que $1/n$ de $W$. Si l'un des $u_n$ n'existait pas, on serait ramené au point1, car on pourrait carrément choisir chaque ouvert $U_x$ comme étant un boule de rayon $3e=1/n$ et toute boule de rayon $e$ serait entièrement incluse dans l'un des $U_x$. En effet, si $t\in B(y,e)$ alors $B(y,e)\subseteq B(t,3e)=:U_t$

    La suite $u$ existe donc. Elle est évidemment de Cauchy (exercice), puisqu'elle "converge" vers W. Sa limite $z$ est telle que $z$ est une limite de $W$

    Je n'ai pas triché pour rallonger la preuve de (2), et tu vois bien que c'est la plus longue...
  • En relisant, il y a une partie qui a été mangé (concernant le point1 de la preuve de 2)

    Le nombre fini de boules de rayon e qui recouvrent E induit un sous recouvrement fini du recouvrement pris quelconque au départ
  • Salut ccnc,

    Peut etre la section Notes dans cet article pourra aider.
  • ;) lol t'as une sacrée réserve de liens...

    Bon, bin tout est clair... Je ne savais pas que j'avais lu les def que j'utilise dans Bourbaki, mais bon c'est vrai que c'est le seul livre que j'avais lu enfant (donc ça doit marquer), après j'avais arrêté les maths et l'école donc mes références datent un peu peut-être..
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • c'est le seul livre que j'avais lu enfant (donc ça doit marquer)
    (tu):D

    Je te soutiens pour le vocabulaire. C'est comme ça que j'ai appris petit aussi.
  • Non, j'ai pas une sacree reserve de liens. Un petit googling te sort les resutats. Moi on m'a defini precompact et relativement compact comme etant des synonyms, mais comme je me rappelle d'une discussion d'il y a 7 mois environ concernant une notation (avec aleg, bs, gb, ...) , je me suis dit que c'est mieux de donner des preuves concretes au lieu de vouloir convraincre.
  • je coupe et renvoie vers le sujet en lien ci dessous (je le fais d'abord et j'ajoute le lien ensuite...) car ça n'avait pas de rapport avec la choucroute

    http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?14,525795


    C'est bizarre je n'arrive pas à modifier le msg...
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Ou est le rapport avec le sujet? (J'ai lu en diagonale car trop long).
    En plus je ne vois pas de raison d'utiliser ce jumping smiley.


    Edit: Je n'ai jamais demande d'enlever ton message. Je t'ai juste pose une question concernant le rapport avec le sujet. Et si tu voulais vraiment faire ce que dit, tu n'avais pas besoin de mettre des liens partout partout.
  • il n'y en pas tu as raison, je racontais ma vie, répondant à remarque (ne pas savoir calculer permet quelques shoots provisoires..)

    Je vais le couper-coller vers un sujet anecdotique...

    Que veut dire jumping smiley??????
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • christophe chalons écrivait:
    > Que veut dire jumping smiley??????


    Aucune idee!!!!!!!
  • looooooooooool c'est toi qui a utilisé l'expression jumping smiley!!!
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Du calme les gars ; "jumping smiley" veut dire "émoticône sautillant" et c'est celui que tu avais mis dans ton message, CC : X:-(
  • cc,

    je sais ce que j'ai mis dans mon message. J'ai vu que tu as mentionne dans un autre message que c'est du n'importe quoi ce je raconte. Je te respecte beaucoup et je te prie d'arreter a default d'etre reconnaissant.
  • J'ai vu que tu as mentionner dans un autre message que c'est du n'importe quoi ce je raconte

    oups, pardon, je ne suis pas à zéro gramme là, mais toutes mes excuses si j'ai pu laissé pointer un malentendu, je ne pense pas que tu racontes n'importe quoi, et je ne pense pas avoir dit ça (vues le nombre de conneries que je déblatère à la minute... je ne pense pas à faire la remarque aux autres)

    Peut-être que c'est quand j'ai barré une partie de citation, alors toutes mes excuses, j'adore me servir des commodités hypertexte offertes par le forum, mais mon but n'était pas de te blesser.

    Si c'est pour le "jumpoing smiley" que tu réagis, mille pardon j'ai cru que tu parlais de " :D ", n'ayant pas vu mon prepre jumping smiley

    Si c'est pour l'enlèvement de mon anecdote, mais je pensais comme toi, ie que tu avais parfaitement raion, je cours de ce pas enlever l'étourdie mention de "à la demande de", je ne pensais pas mal faire ni blesser j'étais à 200% d'accord avec toi que ça n'avait rien à faire comme idées ici (topologie) alors que je racontais une erreur de calcul sous 2grammes...
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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