Réflexion sur la notion de norme subordonnée
Je souhaite redéfinir à ma manière (i.e. sans disjonction de cas selon la nullité de l'espace de départ) la notion de norme subordonnée d'une application linéaire continue.
Soit $u$ une application linéaire entre deux $\K$-espaces vectoriels normés $(E,\lVert.\rVert_E)$ et $(F,\lVert .\rVert_F)$, avec $\K\in\{\R,\C\}$. On note $B$ la boule-unité fermée de $E$ et $S$ la sphère-unité de $E$.
On pose :
Dès lors, on obtient le théorème-définition suivant :
Si $u$ est continue, alors les ensembles $A$, $B$ et $C$ admettent une borne supérieure [...] commune notée $\lVert u\rVert$ et appelée norme subordonnée de $u$.
Pour moi, à cause de l'ensemble $C$ (et de $B$, merci Calli) et du cas $E=\{0_E\}$, il faut préciser (à la place de [...]) que la borne supérieure est prise dans $[0,+\infty]$. Sinon, si on entend comme usuellement la borne supérieure dans $\R$ (muni de la topologie usuelle), alors si $E=\{0_E\}$, $C$ est vide donc $\sup C$ n'est pas défini. Et si on se place dans $\overline{\R}$ (muni de la topologie usuelle), alors avec $E=\{0_E\}$, on aurait $\sup C=-\infty\neq\sup A\in\R$.
Confirmez-vous mon raisonnement ? Je m'interroge car je n'ai sauf erreur jamais lu ces précautions dans les cours qui présentent la notion sans disjonction de cas.
Soit $u$ une application linéaire entre deux $\K$-espaces vectoriels normés $(E,\lVert.\rVert_E)$ et $(F,\lVert .\rVert_F)$, avec $\K\in\{\R,\C\}$. On note $B$ la boule-unité fermée de $E$ et $S$ la sphère-unité de $E$.
On pose :
- $A:=\{\lVert u(x)\rVert_F\mid x\in B\}$ ;
- $B:=\{\lVert u(x)\rVert_F\mid x\in S\}$ ;
- $C:=\{\frac{\lVert u(x)\rVert_F}{\lVert x\rVert_E}\mid x\in E\setminus\{0_E\}\}$.
Dès lors, on obtient le théorème-définition suivant :
Si $u$ est continue, alors les ensembles $A$, $B$ et $C$ admettent une borne supérieure [...] commune notée $\lVert u\rVert$ et appelée norme subordonnée de $u$.
Pour moi, à cause de l'ensemble $C$ (et de $B$, merci Calli) et du cas $E=\{0_E\}$, il faut préciser (à la place de [...]) que la borne supérieure est prise dans $[0,+\infty]$. Sinon, si on entend comme usuellement la borne supérieure dans $\R$ (muni de la topologie usuelle), alors si $E=\{0_E\}$, $C$ est vide donc $\sup C$ n'est pas défini. Et si on se place dans $\overline{\R}$ (muni de la topologie usuelle), alors avec $E=\{0_E\}$, on aurait $\sup C=-\infty\neq\sup A\in\R$.
Confirmez-vous mon raisonnement ? Je m'interroge car je n'ai sauf erreur jamais lu ces précautions dans les cours qui présentent la notion sans disjonction de cas.
Réponses
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-Je ne vois pas pourquoi le sup du vide est moins l'infini. Mes axiomes de R ne disent rien sur l'existence d'un sup. Si c'est une convention inconnue de moi, elle reste une convention, qu'il vaut mieux ne pas trop manipuler
-Si E est nul A et B sont vides aussi. Reprends un peu de sommeil. -
Bonjour,
Je suis d'accord avec ce que tu dis topopot, à la différence que B est aussi vide pour l'espace nul (mais pas A, RLC !). -
Dans les cours, n’a-t-on pas une petite phrase « E un e.v.n. non trivial » ou quelque chose comme ça ?
-
Ah, mal lu, je pensais que A était l'ensemble des normes des images divisées par celles de l'antécédent. Mea culpa.
-
@Calli : en effet pour $B$, merci !
@Dom : justement, cette restriction est inutile, comme souvent.
@RLC : dans $\overline{\R}$, $\sup\emptyset=-\infty$ n'est pas une convention et ça se démontre formellement car $-\infty$ est bien le plus petit élément de $\overline{\R}$ (car $\forall x\in\overline{\R}\quad -\infty\leqslant x$) et il majore $\emptyset$ (car $\forall x\in\emptyset\quad x\leqslant -\infty$). De même, $\inf\emptyset=+\infty$. -
edit Grillé par topo
Bonjour RLC, je mets le feu dans ta baraque : si on se place dans $\bar R$, ce n'est pas une convention mais un théorème ,
$\sup(\emptyset)$ est correctement défini et vaut $-\infty$.
Preuve
Rappelons la propriété Si $A \subseteq B$ alors $ \sup A \leq \sup B$
Je choisis $A=\emptyset$ et $B=]-\infty, x]$, on a bien $A \subseteq B ,\quad \forall x\in \R$ , donc $\sup(\emptyset) \leq x, \quad \forall x\in \R$ donc $\sup(\emptyset)=-\infty$Le 😄 Farceur -
Je n'en ai pas pris du tout, ceci justifie à la fois ma réponse et la fiabilité de mon conseil !
-
Zut.
Avec l’espace $E=\{0\}$ (espace vectoriel trivial).
On a bien : $B=\{0\}$ (le $0$ réel)
Mais $A=\emptyset$ et $C=\emptyset$.
Et donc c’est bien ce que tu dis, ça exclut l’espace vectoriel trivial.
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Bonjour!
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