Preuve géométrique - équipotence - validité ?

Pouvez-vous me dire si cette preuve géométrique (photo ci-dessous - extrait du site http://serge.mehl.free.fr/anx/nb_card.html#equipo de l'équipotence entre R et l'un quelconque de ses intervalles ouverts est valide ?100664

Réponses

  • Bonjour, je rédige un cours personnel sur la théorie ZFC dans lequel je souhaite utiliser les preuves les plus rudimentaires.(ATTENTION : Cette théorie étant une des théories fondatrices j'y exclu à ce stade tout résultat d'analyse, le nombre $\pi$ et les fonctions trigonométriques, c'est mettre la charrue avant les bœufs ! ) En cherchant une preuve pour la proposition suivante:
    Tout intervalle I de R ouvert ou fermé ou semi-ouvert non vide et non réduit à un point est équipotent à R.

    Je suis tombé sur cette page du site de Serge Mehl (CHRONOMATH) : http://serge.mehl.free.fr/anx/nb_card.html#equipo

    Dans le cadre d'intervalles de bornes communes :

    J'ai compris (il me semble) l'équipotence entre les semi-ouverts ]0,1] $\leftrightarrow$ [0,1[ . J'ai d'ailleurs généralisé ce résultat (voir 1ère image ci-dessous) à des semi-ouverts de même bornes quelconques ]a,b] $\leftrightarrow$ [a,b[ grâce à f(x) = (a+b) - x
    Mon résultat est-il valide ?

    Je ne vois pas comment Serge étend ce résultat aux fermés et aux ouverts. Le raisonnement qu'il suit est-il correct? Si oui, pourquoi?

    Si non, peut-on adapter la caractéristique des ensembles infinis (proposition 6, 2eme image ci-dessous) pour déduire que tout intervalle de R est infini, et ensuite avec l'égalité [a,b] = {a} U ]a,b[ U {b} conclure que les 4 sortes d'intervalles sont équipotents (dans le cas 1) ?
    (si on retire un nombre fini d’éléments à un ensemble infini E, on obtient un ensemble encore équipotent à E)

    [Activation du lien. AD]100654
    100662
  • Bonjour.

    C'est une preuve géométrique. Qu'est-ce que tu lui reproches ?

    Cordialement.
  • Rien. Je préfère la voir validée par d'autres personnes plus expérimentées que moi. Ça rassure et ça permet d'avancer sûr et sur de très longs chemins. Je la trouve bien plus belle que les autres car plus simple.


    Je peux donc affirmer que tout ouvert est infini et donc simplement utiliser la caractéristique[size=medium]*[/size] des ensembles infinis pour affirmer que tout fermé non trivial de R est équipotent à R ?

    * si l’on retire un nombre fini d’éléments à un ensemble infini E, on obtient un ensemble encore équipotent à E

    [size=medium]Ainsi cela clos la preuve de l'équipotence entre R est ses intervalles non triviaux?[/size]
  • Salut,

    Vu ce que tu as dis, il est clair que tes notions d'ouvert et de fermé sont assez élémentaires (que tu te reposes sur ce qu'on t'as dit au lycée), ce n'est pas grave, il faut un début à tout. Pour éviter le dialogue de sourd, une mise au point topologique:
    - Un ouvert ça peut être n'importe quelle union d'intervalles ouverts. On dit que les intervalles ouverts composent une base de la topologie de l'ordre sur $\mathbb{R}$.
    - Un fermé c'est juste le complémentaire d'un ouvert (c'est la définition, c'est comme ça et pas autrement).

    Là dessus: tout ouvert non vide de $\mathbb{R}$ contient une "boule ouverte" qu'on pourra écrire sous la forme $]a,b[$ avec $a<b$, connaissant quelque propriétés de $\mathbb{R}$ tu connais des bijections entre un tel intervalle et $\mathbb{R}$ (par exemple $\forall x\in ]a,b[, f(x)= \frac{1}{a-x}+\frac{1}{b-x}$). Le théorème auquel tu dois ton pseudo permet même de se convaincre qu'il existe une bijection entre n'importe quel ouvert de $\mathbb{R}$ et $\mathbb{R}$.
    Les fermés en revanche, tu en as des finis, des dénombrables ($\aleph_0$) et d'autres du même cardinal de $\mathbb{R}$, $\aleph_1$ (il y a même des gens qui se sont demandé si il n'existe pas des cardinaux entre les deux derniers, mais ça, ça a l'air d'être vraiment compliqué).
  • Du coup on peut rien affirmer sur les fermés et il n'y a donc pas moyen de clore cette preuve? (si je comprends bien là je fatigue :-S)

    Si je note $\leftrightarrow$ l'équipotence, ce raisonnement est valide (?) :

    Comme $\mathbb{R}$ $\leftrightarrow$ ]a,b[ . On a bien que ]a,b[ est infini et donc que [a,b] l'est aussi et enfin comme [a,b] est infini il est équipotent à

    [a,b]\{a,b} = ]a,b[ (si l’on retire un nombre fini d’éléments à un ensemble infini E, on obtient un ensemble encore équipotent à E
    ). Ainsi, on conclue : tout intervalle non trivial de R est équipotent à R, NON ?
  • Re,
    Bah... euh... Disons que je voulais juste te dire que ce qu'on appelle fermé c'est pas juste les intervalles fermés, il y a d'autres trucs.
    Si tu as bien pigé le coup de la bijection entre un intervalle ouvert non vide et $\mathbb{R}$, tu dois être en mesure de donner une explication au fait qu'il existe une bijection entre $\mathbb{R}$ et une de ses parties contenant un intervalle ouvert (non vide), parce que ce serait plutôt raccord avec ton pseudo.
  • Merci Titi ! Au fait comment modifier son nom d'utilisateur ?
  • CB a écrit:
    si l’on retire un nombre fini d’éléments à un ensemble infini E, on obtient un ensemble encore équipotent à E

    Il faut une petite forme d'axiome du choix (le choix dénombrable). Sinon, tu peux très bien avoir des ensembles non finis dont toute partie est finie ou complémentaire d'un fini (il a été prouvé que c'est consistant).

    Concernant les intervalles, vu que tu as l'air de chercher du soin, prendre garde au fait que certaines bijections ne peuvent pas être continues (celles de $[a,b]\to ]a,b[$ par exemple). Mais comme tu es dans IR, pas besoin du tout d'axiome du choix, puisque tu as une bijection effective entre IN et IQ.

    Vu ton pseudo tu peux aussi remarquer que $[a,b]$ s'injecte facilement dans $]a,b[$ et réciproquement et construire la bijection résultante avec Cantor Bernstein :-D
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • La preuve de Serge Mehl est bien évidemment correcte. Je ne comprends pas ton hésitation à ce sujet !

    Ton argument convient également en utilisant plusieurs fois le point 4) de tes équivalences... Encore faut-il avoir prouvé auparavant qu'un intervalle non trivial (attention à ne pas oublier de préciser que a est différent de b) est infini !
  • Tu sembles avoir ouvert deux fils. Je te redis que pour l'équivalence l'axiome du choix dénombrable est utilisé dans les preuves.
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  • @Cantor-Bernstein : Christophe a raison. En l'absence de l'axiome du choix dénombrable tu peux fabriquer un modèle de ZF dans lequel il existe un ensemble A qui est infini (au sens où il n'est en bijection avec aucun ensemble du type {0,1,...,n-1} et tel qu'il n'existe pas d'injection de $\N$ dans A, ce qui par exemple contredit violemment 1) équivalent à 6).
    Mais comme tu as dit au début que tu travaillais dans ZFC il n'y a pas de pb.

    P.S. : Je n'arrive pas à accéder au site de Serge Mehl via ton lien.
  • Titi le curieux a écrit:
    du même cardinal de $\mathbb R$, $\aleph_1$ (il y a même des gens qui se sont demandé si il n'existe pas des cardinaux entre les deux derniers, mais ça, ça a l'air d'être vraiment compliqué).

    Je suis toujours effaré par les gens qui ont lu des choses sur le problème du continu et qui continuent à écrire ce genre d'ânerie ! Tu ne peux pas affirmer que le cardinal de $\mathbb R$ est $\aleph_1$ ! C'est l'essence même du problème du continu, et il n'y a essentiellement pas de réponse satisfaisante à la question "est-ce que le cardinal de $\mathbb R$ est $\aleph_1$ ?". Le cardinal de $\mathbb R$, c'est $2^{\aleph_0}$, et ça c'est indépendant de ta religion.

    À part ça, on peut montrer que tout fermé de $\mathbb R$ est soit fini, soit dénombrable, soit en bijection avec $\mathbb R$. Le problème du continu ne se pose pas au niveau des fermés.
  • Ah ok, merci Poirot... J'étais persuadé que la définition de $\aleph_1$ était justement $2^\aleph_0$... Désolé, je vais me renseigner.

    En ce qui concerne la dernière partie, je me dis que je suis peut-être capable de le faire en exercice, mais j'ai besoin d'une indication... Si je m'interroge sur la "répartition" des points d'accumulation du fermé, je suis en bonne voie?

    Edit: Je n'ai pas écrit le truc proprement, mais je crois qu'en y ajoutant un peu de topologie à base dénombrable, je m'en approche.
  • Pour info, l'axiome du choix dénombrable ne s'applique pas forcément pour les béotiens, donc je dis comment on injecte $\N$ dans $E$.

    1/ A chaque entier $n$, on associe une liste finie $L_n$ de longueur $n$ et injective d'éléments de $E$. Puis:

    2/ on prend $v_n$ dans la liste $L_n$ qui est le premier de ses éléments pas encore apparus parmi les $v_p, p<n$.
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  • Oui c'est l'idée. Si tu sèches, regarde le théorème de Cantor-Bendixson.
  • :-D C'est vraiment ignorer les raisons des crédits fournis aux laboratoires de théorie des ensembles depuis presque un siècle.

    "in the real world" en plus l'hypothèse du continu (l'axiome du prétend qu'il y a une bijection entre $\omega_1$ et $\R$) est plus que complètement fausse, en ce sens que de toute façon, tout bon ordre mis sur IR "tend à le rendre potentiellement dénombrable", ceci étant dû au fait que ses ultrafiltres $\omega_1$-additifs sont forcément principaux.

    Il faut voir IR comme ce que sa vocation lui demande, un continuum sans points. Il y a des réels importants dans cette mer (en nombre dénombrable), mais il y a aussi conceptuellement tous ceux que tu tires au sort, dont on peut "prouver" qu'ils sont en dehors de l'univers sans que ça n'engendre "vraiment" de contradiction de ZFC.

    A la différence des théories faibles, ZF "voit son extérieur". En gros plus une théorie est forte plus elle s'aperçoit qu'il y a des fenètres et voit à travers. Ca va à l'encontre des intuitions primordiales, mais c'est plus maintenant une découverte qu'une spéculation. Par exemple, tu peux mesurer toutes les "formules boréliennes" comme tu le fais avec celles dénombrablement engendrées et obtenir des Lebesgue mesure tout à fait respectables (et absolues). Ainsi, tu te retrouves parfois à mesurer un morceau qui se trouve complètement extérieur à l'univers comme par exemple $\vee_x\in \R\ : \{x\}$, qui vaut évidemment $0$ (où j'ai abusé en abrégeant par $\{x\}$ la formule $V_n=x(n)$. )
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  • Je rappelle le théorème de Cantor Bernstein et sa célèbre preuve.

    1/ Les éléments de $E$ sont des places de cinéma. $f(x)$ indique au spectateur $x\in F$ où il devra s'assoir.

    2/ Comme le parisien, vaut mieux l'avoir en journal, les premiers arrivés se sont assis et ont rempli la salle de sorte que sur le siège $x\in E$, s'est assis la personne $g(x)$. Et les autres maugréent avec leur réservation.

    3/ Bin c'est simple, ils rejoignent leur place réservée (ie si $x$ ne s'est pas assis au début, il rejoint sa place réservée $f(x)$, et le malotru qui s'y trouve (autrement dit $g(f(x))$) se lève et part lui-même à la place indiquée sur sa réservation, qui est $f(g(f(x)))$).

    4/ Tout le monde sera assis et tous les sièges seront occupés.

    5/ Exercice: faire le même genre de raisonnement pour prouver sans aucun axiome du choix qu'une bijection de $E^n\to F^n $ implique une bijection de $E\to F$.
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  • Je n'ai absolument pas le niveau pour comprendre ce qui s'est dit dans une majorité des réponses. De plus je me rends compte que je ne comprends au final même pas le première preuve sur l'équipotence :
    ]0,1] $\leftrightarrow$ ]0,1[

    Je n'ai pas honte de vous montrer mes lacunes en maths et vous pose cette question :

    Le fait que zéro ne soit pas atteint par f correspond il à ce que l'on raisonne sur la limite de $\frac{1}{2^{n}}$ et cela indépendamment d'une inégalité large/stricte

    Ensuite et toujours en référence à la preuve issue du site CHRONOMATH je ne comprends rien au jeu entre inégalités larges/strictes pour établir les équipotences suivantes

    Bref je me sens encore plus paumé que lors de mon premier post ....:-S


    Dans mon désespoir je vous envoie un 1er jet de mes connaissances résumées dans mon cours perso....:-( (Ce cours est encore en chantier mais devrait pouvoir être lu par les plus novices ... )
  • Il faut te convaincre de la chose suivante. Soit $E$ un ensemble infini et $a \not \in E$. Alors $E$ et $E \cup \{a\}$ sont équipotents. C'est le fameux hôtel de Hilbert, on prend une infinité dénombrable d'éléments de $E$, et on les décale d'un rang pour faire de la place à $a$. Plus formellement, considère une suite $(x_n)_n$ d'éléments de $E$ deux à deux distincts. Alors je t'invite à vérifier que l'application suivante $$\begin{array}{ccc} E \cup \{a\} & \longrightarrow & E\\ x &\mapsto &\left\{\begin{array}{c}x_0 \text{ si } x=a\\ x_{n+1} \text{ si } x=x_n\\ x \text{ sinon.}\end{array}\right.\end{array}$$ est une bijection.

    Dans ton cas tu prends juste $E = ]0, 1[$ et $a=0$.
  • C'est voulu que tu aies deux fils où tu postes la même chose? Ca ne me dérange pas, mais il faut cliquer deux fois à chaque fois pour vérifier si on peut t'aider (au sens où on peut t'apporter quelque chose, il n'y a pas de hiérarchie)... Et toi-même d'ailleurs, tu dois poster deux fois à chaque fois tes dessins.
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  • Encore un petit effort et tu vas construire une bijection de $\R$ dans $\R\setminus \Q$.
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  • Merci pour l'encouragement Christophe !
  • Avec plaisir, n'hésite pas.
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  • Avant je m'occupe de l'équipotence : $\mathbb{R}\leftrightarrow\mathcal P(\mathbb{N})$ ...
    Le temps que nous voyons (espérons le) tous une lumière au bout du tunnel ! (:P)
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