Espace vectoriel sans famille génératrice

Bonjour
Je me demande s'il est possible de trouver un espace vectoriel qui n'admet pas de famille génératrice et donc par conséquent pas de base.
Auriez-vous un exemple ?

Réponses

  • Avec axiome du choix non, sans axiome du choix oui, l'axiome du choix est équivalent à l'existence d'une base pour tout espace vectoriel.
  • Bonjour.

    Si on utilise les mathématiques avec l'axiome du choix, alors tout espace vectoriel admet une base. Si on refuse l'axiome du choix, on ne sait pas.

    Cordialement.
  • Bonjour.
    L'espace vectoriel tout entier est un ensemble générateur de lui-même. Donc tout espace vectoriel admet un ensemble générateur.
    Veux-tu parler d'un ensemble générateur fini ?
  • Super intéressant, je vais m'intéresser sur cet axiome, je ne le connais pas du tout.
    @GaBuZoMeu Je ne comprends pas ce que tu veux dire par fini. Si tu parles d'un ev de dimension finie, alors par définition il admet une famille génératrice et donc une base par le théorème de la base extraite.
  • Ce que je veux dire par fini ? Eh bien fini, tout simplement.
    Si j'ai introduit cette notion de finitude, c'est parce que ta question, telle que tu l'as formulée, a une réponse triviale : évidemment non, tout espace vectoriel a un ensemble générateur ! (Et donc une famille génératrice, à tout ensemble \(E\) on peut canoniquement associer la famille \(\mathrm{Id}_E : E\to E\), l'ensemble \(E\) indexé par lui-même.)
    As-tu compris que la réponse triviale à ta question ?
  • En fait ce qui m'a amené à ce questionnement est la formulation que j'ai eu d'un corollaire du théorème de la base de extraite.
    Enoncé : Soit E un espace vectoriel de dimension finie. Alors E possède une base.
    Tel que formulé, il permet de prouver l'existence d'une base. Je me suis alors demandé si il était possible d'avoir un espace vectoriel ne possédant pas de famille génératrice.
    La réponse semble évidemment être non mais je trouve la formulation du corollaire un petit peu bizarre.
    En effet, comme tout espace vectoriel possède une famille génératrice, alors d'après le théorème de la base extraite, on peut forcément trouver une base de l'espace que génère cette famille.
  • Attention : "Soit E un espace vectoriel de dimension finie." J'imagine que tu as eu précédemment la définition de "dimension finie" par l'existence d'une partie génératrice finie. C'est pour cela que GBZM en parle.

    Cordialement.
  • Alors je suppose que peu importe le cas c'est à dire un espace vectoriel de dimension finie ou infinie, on peut trouver une famille génératrice ?
  • Vagabon, ça serait pas mal que tu lises ce que j'écris ! J'ai déjà répondu à ta question : une réponse évidente.
  • C'est clair à présent, comme ce sont des notions nouvelles j'étais un petit perdu, désolé ^^
  • GBZM t'a tout dit.

    Exercice :

    1/ prouver que tout espace de dimension finie admet une famille génératrice finie.

    2/ prouver que tout espace de dimension finie est tel qu'il existe un entier $n$ vérifiant : toute famille de $n$ vecteurs est liée.

    L'expression "de dimension finie" ici veut dire "toute famille infinie est liée"
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • La définition usuelle de "espace vectoriel de dimension finie" est : "espace qui admet une partie génératrice finie".

    Le 1) de Christophe est donc : montrer que si toute famille infinie de $E$ est liée, alors $E$ est de dimension finie.
  • Oui pardon, je voulais dire "on prendra ici comme définition provisoire de"
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • 1) Je suis partie de la façon suivante : Toute espace vectoriel possède au moins une famille génératrice, séparons 2 cas :
    1er cas : Une famille génératrice de notre espace E a nombre finie de vecteurs, alors E est dimension finie par définition
    2ème cas: Une famille génératrice de notre espace E a un nombre infinie de vecteurs. Comme cette famille est infinie, elle est liée. On peut donc exprimer un vecteur de cette famille comme combinaison linéaire des autres vecteurs de cette famille. En utilisant un lemme qui permet d'égaliser les deux Vect (celui qui contient ce vecteur qu'on a exprimé comme CL des autres et celui ne le contenant pas), on peut aboutir par décroissance à une famille libre (car la famille vide est libre dans le pire des cas). Je ne vois pas comment poursuivre à partir de là, c'est-à-dire pour montrer que cette famille est génératrice.

    2) Si E est dimension finie, alors elle admet une famille génératrice finie. Si on note k le nombre de vecteurs de cette famille, on a dim(E) = k.
    Par un lemme, on a donc que toute famille de k+1 vecteurs est liée. Donc pour tout n > k, la famille de E de n vecteurs est liée.
  • "une famille génératrice finie. Si on note k le nombre de vecteurs de cette famille, on a dim(E) = k."
    Tu es vraiment sûr ?

    Cordialement.
  • Si un espace vectoriel $E$ n'est pas de dimension finie (au sens habituel), c.à-d. qu'aucune partie finie de $E$ n'est génératrice, on peut fabriquer par récurrence une famille infinie libre.
  • @gerard0 Non c’est la BASE ! Oups
    Merci @GaBuZoMEU
  • Tu es trop vague et informel Vagabon, essaie d'être plus précis et de prouver ce que tu dis.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Je tenterai de l'être la prochaine fois, encore désolé pour les petites imprécisions. Je vais essayer de faire des efforts/
  • Ce n'était pas un reproche mais une manière de te dire que le littéraire ne marche pas en science.

    De mon téléphone je prends des lettres.

    a a b a b c a b c d ....

    Suite infinie.

    Tu vas enlever a.
    Puis enlever le deuxième a
    Puis enlever b
    Puis à nouveau enlever a

    Quand tu auras fini il ne restera rien
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Tu es trop vague et informel Christophe, essaie d'être plus précis et de prouver ce que tu dis.

    Bonne année !
  • Bonne année !!
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Bonne année à vous aussi !
    Aucun soucis @christophe c, en me relisant il est vrai que je suis beaucoup trop vague sur mon argumentation.
  • De passage sur mon pc, je te redis le truc plus en conformité avec les habitudes. Si tu as une suite de vecteurs $e_1,e_2,..$

    Tu prends la suite suivante: $e_1,e_2,e_1,e_2,e_3,e_1,e_2,e_3,e_4 ,e_1,e_2,e_3,e_4, e_5, e_1, \dots$

    Et bien partir du premier et enlever un vecteur chaque fois qu'il est engendré par ceux qui restent te fera enlever tous les vecteurs de la suite.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Bonsoir tout le monde,

    Quelle est la dimension du $\Q$-espace vectoriel $\R$ ? Peut-on fabriquer par récurrence une famille infinie libre de ce $\Q$-espace vectoriel ?

    Bien cordialement,

    Thierry
    Le chat ouvrit les yeux, le soleil y entra. Le chat ferma les yeux, le soleil y resta. Voilà pourquoi le soir, quand le chat se réveille, j'aperçois dans le noir deux morceaux de soleil. (Maurice Carême).
  • @Thierry : Si $(e_i)_{i \in I}$ est une base d'un espace vectoriel $E$ sur le corps infini $k$, alors l'application $k^{(I)} \to E$ qui envoie la suite valant $1$ en $i$ et $0$ ailleurs sur $e_i$ est un isomorphisme de $k$-espaces vectoriels. Donc $E$ a même cardinal que $k^{(I)}$, lui-même de cardinal $|k| \times |I| = \max(|k|, |I|)$. Puisque $|\mathbb Q| = \aleph_0 < |\mathbb R| = 2^{\aleph_0}$, une base de $\mathbb R$ sur $\mathbb Q$ a nécessairement pour cardinal $2^{\aleph_0}$.
  • Bon j'avoue quand j'ai mis l'exo, j'avais une fois de plus en tête mes préoccupations de logicien. Et j'avais lu dans un de posts de vagabon qu'il se déclarait fasciné à l'idée d'aborder plus complètement un jour l'axiome du choix. J'ai donc mis cet exo qui peut se faire avec une version très faible de l'axiome du choix, puis un peu regretté en repensant au fait que "faible ou pas", pour les novices, une situation franche qui nécessite un plein axiome du choix est peut-être plus simple qu'une situation qui nécessite une faible version.

    Je spoile donc un peu l'exo avec une correction résumée et laisse à Vagabon le soin de rédiger les parties manquantes avec rigueur.

    1/ Soit $e$ une famille de vecteurs. On suppose que toute surfamille de $e$ est liée. Alors $e$ est une famille génératrice (exercice pour Vagabon)

    2/ Soit $f$ une fonction qui à toute famille libre finie $e$ associe, dès qu'il en existe, un vecteur non engendré par $e$. Construire une suite libre de vecteurs à partir de $f$ en partant de l'hypothèse qu'il n'existe pas de base finie de l'espace


    Voilà Vagabon: c'est le même exo, mais avec des étapes. De plus, l'usage de l'axiome du choix se situe dans l'hypothèse où je te fournis $f$
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Merci christophe, je vais essayer de me dégager du temps pour dans un premier temps faire ton exercice sur une feuille et dans un second temps m'intéresser à l'axiome du choix.
    Encore merci à tout le monde pour votre aide précieuse.
  • Bonsoir Thierry.

    Je cache la réponse.

    Si \( \mathbb P \) désigne l'ensemble des nombres premiers,
    La famille \( (\log p)_{p\in\mathbb P} \) est libre sur \( \R \) vu comme \( \Q \) espace-vectoriel.


    amicalement,

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Un autre exemple pour Thierry, qui ne nécessite pas de récurrence :

    Soit $x$ un réel transcendant sur $\mathbb Q$ (ce qui existe par un argument simple de cardinalité, ou alors en prenant un exemple bien connu tel que $e$, $\pi$ ou $\sum_{n \geq 1} 10^{-n!}$). Alors la famille infinie $\{x^n \mid n \in \mathbb N\}$ est $\mathbb Q$-libre dans $\mathbb R$.
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