Espaces vectoriels quotients

Bonjour,

Je ne trouve pas la réponse à cette question (les espaces vectoriels quotients ne sont pas abordés dans mon cours).

Soit $E$ un espace vectoriel, et $F$ et $G$ deux sous-espaces vectoriels de $E$ tels que : $E=F \oplus G$. On a alors $E/F \cong G$ (je l'ai démontré, sauf erreur), et l'isomorphisme est une application linéaire.

La réciproque est-elle vraie ?

Merci d'avance.

Réponses

  • Quelle réciproque ?

    Une question en passant : pour $F$ un sous-espace de $E$, comment caractériser une famille $(v_i)_{i\in I}$ dont l'image dans $E/F$ est une base ?
  • À quelle réciproque penses-tu ? Ce n'est pas clair.

    S'il s'agit de "soit $F, G$ des sous-espaces vectoriels de $E$ tels que $E/F \simeq G$ alors $E = F \oplus G$" ça ne risque pas de marcher (on peut prendre $F = G = \mathbb R \times \{0\}$ dans $E = \mathbb R^2$).

    Si tu penses à "soit $F$ un sous-espace vectoriel de $E$, alors $F$ admet un supplémentaire dans $E$ qui est isomorphe à $E/F$". Celle-ci est vraie (en admettant l'axiome du choix) car tout supplémentaire $G$ de $F$ dans $E$ (dont l'existence est garantie par ledit axiome) est isomorphe à $E/F$ via la restriction à $G$ de la projection $E \longrightarrow E/F$.
  • Merci pour vos réponses.

    Je pensais à : si $E/F \cong G$, alors $E=F \oplus G$.

    @Math Coss C'est pourquoi cela me paraissait impossible sans précision supplémentaire sur l'isomorphisme.

    @Poirot Merci mille fois. On a $E/F = \{0\} \times \mathbb{R} \cong \mathbb{R} \times \{0\}$, mais $\mathbb{R} \times \{0\} \oplus \mathbb{R} \times \{0\} \ne \mathbb{R}^2$.

    "soit $F$ un sous-espace vectoriel de $E$, alors $F$ admet un supplémentaire dans $E$ qui est isomorphe à $E/F$" : c'est le sens $E=F \oplus G \Rightarrow G \cong E/F$ (je ne vois pas où intervient l'axiome du choix, mais c'est pas grave), puis "la restriction à $G$ de la projection $E \rightarrow E/F$", c'est $E/F = \{u+F, u \in E \}=\{u+F, u \in G \}$.
  • L'axiome du choix, sous l'avatar du lemme de Zorn, intervient pour trouver des supplémentaires via le théorème de la base incomplète, pour lequel il est nécessaire de trouver une famille libre maximale (qui contient, ici, une base de $F$).
  • Merci Math Coss. Mais faut-il en passer par une base, et faut-il utiliser l'axiome du choix ? Reprenons. Supposons que $E/F \simeq G$. Alors l'algèbre linéaire nous dit qu'il existe un sous-espace vectoriel $G_1$ supplémentaire à $F$ dans $E$. On a alors $E=F \oplus G_1$, donc $E/F \simeq G_1 \simeq G$. En l'état, on ne peut rien dire de plus.

    On a donc montré : "soit $F$ un sous-espace vectoriel de $E$, alors $F$ admet un supplémentaire dans $E$ qui est isomorphe à $E/F$", sans utiliser l'axiome du choix.

    Et pour montrer que $E=F \oplus G_1 \Rightarrow E/F \simeq G_1$, j'ai fait (mais c'est peut-être là où je fais erreur) :
    soit $f : E \rightarrow G_1, x+y \mapsto y$ , pour $x \in F, y \in G_1$. Alors $F=\ker f$ donc $E/F \simeq G_1$.
  • Il faut l'axiome du choix pour obtenir l'existence du supplémentaire en dimension infinie
  • C'est ta phrase "L'algèbre linéaire nous dit qu'il existe..." qui utilise l'axiome du choix (la quatrième fois c'est la bonne ? :-D ).
  • Merci à vous. Mais c'est la 1ère fois avec l'explication "en dimension infinie". :-D
  • Ce n'est pas vraiment une lacune, il n'y a juste pas grand-chose à dire en toute généralité. Les seuls résultats que je connaisse en dimension infinie sont que le fait de pouvoir construire des bases en toute généralité, et donc utiliser les théorèmes bien sympas usuels (base incomplète, existence de supplémentaires, etc.) il faut l'axiome du choix, et le théorème d'Erdös-Kaplansky.
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