Fonction semi-continue inférieurement
Bonjour
Soit $f:E\longrightarrow\,]{-}\infty,+\infty]$ une fonction semi-continue inférieurement définie sur un espace vectoriel normé $E$.
Pourquoi la pré-image de $\{+\infty\}$ par $f$ est-elle un ouvert de $E$ ?
Comme définition de la semi-continuité inférieure, je prends celle qui dit que la pré-image par $f$ de toute demi-droite (ouverte) $]a,+\infty], a\in\mathbb{R}$ est ouverte (dans $E$).
Soit $f:E\longrightarrow\,]{-}\infty,+\infty]$ une fonction semi-continue inférieurement définie sur un espace vectoriel normé $E$.
Pourquoi la pré-image de $\{+\infty\}$ par $f$ est-elle un ouvert de $E$ ?
Comme définition de la semi-continuité inférieure, je prends celle qui dit que la pré-image par $f$ de toute demi-droite (ouverte) $]a,+\infty], a\in\mathbb{R}$ est ouverte (dans $E$).
Réponses
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Utilise plutôt cette caractérisation : si $f$ est semi-continue inférieurement en $x$ alors pour tout $\varepsilon >0$, il existe $\eta>0$ tel que $\|x-y\|< \eta \implies f(x)-f(y)<\varepsilon$.
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Oui justement je suis conscient que ces deux définitions sont équivalentes, mais y a un petit détail qui me laisse de marbre et qui revient à ma question initiale. Reprenons d'abord la preuve de l'équivalence :
Si $f$ est s.c.i. au sens de ma définition, alors ayant fixé $x\in E$ et $\varepsilon>0$, en appliquant l'hypothèse à $a=f(x)-\varepsilon$ on trouve que $$f^{-1}(]f(x)-\varepsilon,+\infty])$$ est un ouvert, qui contient manifestement $x$. Donc il existe $\eta$ tel que si $y\in B(x,\eta)$ alors $f(y)>f(x)-\varepsilon$ (en particulier on a l'inégalité large), d'où $f$ est Corto-s.c.i (partout sur $E$).
Inversement, si $f$ est Corto-s.c.i. (en tout $x\in E$), alors ayant fixé $a\in \mathbb{R}$ et $x\in f^{-1}(]a,+\infty])$, on applique l'hypothèse à $\varepsilon=f(x)-a>0$, on en déduit une boule $B(x,\eta)$ dans laquelle $$f(y)>f(x)-(f(x)-a)=a$$Ainsi $B(x,\eta)\subset f^{-1}(]a,+\infty])$ et $f^{-1}(]a,+\infty])$ est ouvert, d'où $f$ est s.c.i. au sens de ma définition.
Le détail : et si $x$ était d'image $+\infty$ ? Je suppose que si c'est le cas alors, $f(x)-\varepsilon=+\infty$
Pour moi il faut donc une inégalité large, pour avoir des choses du type $+\infty\geqslant+\infty$. -
Il y a effectivement un problème. Prenons la fonction $f$ définie par $f(x) = 1/x$ si $x>0$ et $+\infty $ sinon. On voit que $f^{-1}(]a; +\infty])$ est un ouvert quel que soit $a \in \R$. En revanche $f^{-1}(+\infty)$ n'est pas ouvert et on voit que $f$ n'est pas sci. Ta définition de sci n'est donc pas correcte, ou en tout cas pas équivalente à la mienne.
À noter que dans ma définition il est sous-entendu que $+\infty - (+ \infty) = 0$...
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