continuité

Bonjour,je voudrais savoir comment montrer clairement que toute fonction définie sur un compact et continue est uniformément continue car je trouve la formulation de mon cours trés incompréhensible utilisant des sous suites.Merci d'avance.

Réponses

  • Salut,

    La démo que je propose utilise le fait que tout recouvrement ouvert de $K$ admet un sous-recouvrement fini, i.e. pour toute famille d'ouverts $U_i,i\in I$ telle que $\bigcup_{i \in I} U_i=K$ alors il existe une partie finie $J \subset I$ telle que $\bigcup_{i \in J} U_i=K$. Tu dois l'avoir dans ton cours, soit comme définition de la compacité soit éventuellement comme propriété.

    Supposons que $K$ est métrique compact, $X$ métrique et $f \, : \, K \to X$ est continue. On se donne $\varepsilon > 0$. Pour tout $x \in K$ il existe $\delta_x > 0$ tel que $d_K(x,y) \leq \delta_x \Rightarrow d_X(f(x),f(y)) \leq \varepsilon$. La famille des boules ouvertes $B_K(x,\delta_x)$ forme alors un recouvrement ouvert de $K$...
  • Désolé Egoroff mais tu utilises des termes trop techniques pour l'instant pour moi. On m'a définit seulement un espace compact comme un ensemble borné et fermé et j'ai la propriété qui dit qu'un espace est compact ssi pour toute suites contenue dans cet espace alors il existe une sous-suite convergente vers un élément de cet espace. Je n'ai pas vu toutes tes propriétés. Dans ma démo que je ne comprends pas on suppose f non uniformément continue.
  • Pour que ça roule bien il vaut mieux choisir $\delta_x$ pour qu'on ait $d_X(f(x),f(y)) \leq \varepsilon/2$ (facultatif) et surtout recouvrir par les boules $B(x,\delta_x/2)$.
  • bonjour michel,

    Dans ce résultat, la compacité de l'ensemble de départ est évidemment l'hypothèse eessentielle et donc la démonstration va dépendre de la façon dont on "traduit" la compacité.

    Egoroff t'a clairement répondu avce Borel-Lebesgue (mais c'est toi qui n'a pas situé précisément les pré-requis que suppose ta question)

    Dans le cas d'une fct continue définie sur un intervalle réel compact, tu trouveras une preuve alternative (donc avec définition alternative de la compacité) dans le poly ci-joint (théorème 7.33 page 257).
  • OK michel je m'en doutais un peu mais au moins j'aurai essayé. Je pense que le document d'Aleg devrait mieux répondre à tes attentes.
  • Bonjour ,

    Supposons qu'il existe $\epsilon >0$ tel que $\forall \delta >0$ , on puisse trouver
    des points x et y de K vérifiant $|x-y| < \delta$ et $|f(x)-f(y)| > \epsilon$.
    On construit alors deux suites $(x_{n})$ et $(y_{n})$ de K telles que pour tout entier n :

    $|x_{n}-y_{n}| < \delta$ et $|f(x_{n})-f(y_{n})| > \epsilon$

    La suite $(x_{n})$ admet une sous suite $(x_{n_{k}})$ convergente vers $x \in K$.

    Comme la différence $|y_{n_{k}}-x_{n_{k}}|$ tends vers 0 quand k tends vers l'infini , $(y_{n_{k}})$ converge également vers x.

    Ceci est absurde car f est continue au point x...
  • oui, jeje, mais ça, c'est justement le raisonnement que Michel a dit ne pas comprendre..
  • Il existe toujours un une longueur minimum pour les démonstrations Michel... Peut-être que ce résultat a une longueur trop longue.

    A toutes fins utiles, je peux t'en proposer une en "analyse non standard" qui te "fera comprendre la substantifique moelle" (mais non une démonstration admise par les "concours", les jurys ne connaissent pas IST), mais à condition d'admettre le back ground de IST ce que je ne vais pas faire dans ce post:


    $E$ est ton espace compact, $f$ est ta fonction continue.

    Le fait qu'elle est continue se dit en IST: pour tous $a,x$: si $a$ est standard et si $x$ est superproche de $a$ alors $f(a)$ est spp de $f(x)$

    Le fait qu'elle soit uniformément continue nécessite, pour être énoncé qu'il existe un moyen de mesurer une sorte de "distance" (structure uniforme) entre les éléments:

    en IST, {\it $f$ uniformément continue} c'est "pour tous $x,y$: si $x$ et $y$ sont superproches l'un de l'autre alors $f(x)$ et $f(y)$ aussi". (Autrement dit, la distance (ou ce qui fait office de distance) entre les 2 est superpetite)

    Le fait que $E$ soit compact se dit en IST: pour tout $x$ il existe $a$ standard tel que $x$ soit superproche de $a$.

    {\bf il n'y a donc rien à prouver}

    Si tu veux "comprendre", tu peux te représenter les objets standards comme les vraies objets et les autres comme des fantômes indiscernables des vrais au niveau des énoncés mathématiques.

    Par exemple, $\R$ n'est pas compact car pour un nombre $x$ supergrand n'est superproche d'aucun nombre $a$ standard.

    ***

    Supposons $E$ compact en termes classiques. Soit $x$ un élément de $E$ qui n'est superproche d'aucun $a$ standard. Soit $\phi$ standard qui associe à chaque $a$ standard un ouvert qui le contient, mais ne contient pas $x$. Soit $F$ fini et standard $\subseteq E$ tel que les $\phi (a)$ pour $a\in F$ recouvrent $E$. Alors $x$ appartient à l'un des $\phi (a)$, $a\in F$, donc $a$ standard. Contradiction.

    Supposons $E$ compact au sens IST et soit $R$ un recouvrement ouvert (supposé contre exemple à la compacité de $E$). Soit $F$ un ensemble fini qui contient tous les standards de $R$. La réunion de $F$ n'étant pas $E$ soit $x$ hors de cette réunion et soit $a$ un standard superproche de $x$. Soit $U\in R$ standard qui contient $a$. Problème: $x$ étant superproche de $a$, $x\in U$. Or $U\in F$.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Hé ben, déjà que Michel avait les pires difficultés avec une démonstration simple d'analyse "standard", je crains que là, maintenant, il ne soit pas "supercontent"..
  • egoroff> Si Michel est en CPGE, Borel-Lebesgue a disparu depuis bien longtemps.
  • requiescat in pace; dans mes souvenirs cela fait bien longtemps que l'inspection générale préfère la caractérisation séquentielle des compacts à l'emploi du recouvrement fini.
    A demon  wind propelled me east of the sun
  • gilles benson> alors que l'inspection général prêchait depuis longtemps déjà pour la caractérisation séquentielle, Ovaert m'avait reproché de ne pas assez insister sur la précompacité...
  • Je dirais même : rest in peace. Je pense que Borel-Lebesgue avait déjà un pied dans la tombe à mon époque mais j'ai heureusement eu la chance de tomber sur des profs rebellles, et puis je potassais le RDO en parallèle. Toujours est-il que c'est bien dommage parce que les preuves qui sont plus élégantes avec Borel-Lebesgue qu'avec "Bolzano-Weierstrass" (?) sont nombreuses, par exemple ici celle du théorème de Heine, ou du fait qu'une fonction réelle continue sur un compact est bornée et atteint ses bornes, ou...

    D'accord avec Aleg, la preuve non-standard proposée par christophe est certainement intéressante culturellement mais je doute qu'elle apporte grand-chose à michel.
  • oui enfin bon je trouve la démonstration de M.Chalons un peu pipo.

    Je veux bien qu'il n'y ait rien à prouver puisqu'on a reporté toute la difficulté dans ce qu'on entend par la notion de compact. Ce qui serait intéressant, serait de prouver que la notion de compacité en analyse non standard est équivalente à celle qu'on connaît (propriété de Borel-Lebesgue)

    N'y connaissant strictement rien en analyse non standard, ce poste est sûrement truffé d'immondismes qui feraient palir les inventeurs de cette théorie, qu'ils m'en excuse.
  • Dans le petit poly d'extrait de cours que j'ai joint plus haut, je propose (à la suite de Jean Mawhin) une approche de la compacité en termes de "division" ou de "découpage", peut-être plus "concrète" que la caractérisation séquentielle ou la notion de recouvrement par des ouverts.

    Cette "définition alternative" de la compacité équivaut, dans les espaces métriques, à la définition usuelle (Borel-Lebesgue).
    (attention ! ça n'a rien à voir avec le "pipo" dont parlait Toto : ici, c'est du solide et on est bien dans l'analyse "standard"..).

    Enfin last but not least, cette définition de la compacité peut être utilisée plus loin pour définir l'intégrale.
  • Bonjour,

    Aleg: je ne connaissais ni cette notion de jauge , ni le lemme de Cousin, car ne les ayant jamais rencontrés auparavant . C'est un plus par rapport à B-W et B-L ?
    (n'ai pas encore tout lu en détail ).

    C'est le quatrième chapitre de ton intéressant poly que je piste. Ai-je raté un épisode ?

    Merci.
  • Bonjour bs,

    Mon poly (17 chapitres) reprend des notes d'un cours d'analyse réelle (à une variable), niveau L1-L2, que j'ai professé il y a quelques années.
    Le problème est que ce sont d'anciens fichiers ps qui ont été convertis en pdf, donc assez volumineux même zippés.
    Mais je peux toujours te l'envoyer chapitre par chapitre si ça t'intéresse.
    Voici toujours, ci-joint, le chapitre 5 qui est probablement celui que tu cherches (limite et continuité).

    Sur le sujet :
    - Ces notions (partitions de Perron, jauge, lemme de Cousin,..) sont à la base de toute la théorie de l'intégration de Henstock-Kurzweil. Pour un aperçu très élémentaire (rappel : ça s'adresse à des élèves d epremière année), voir les chapitres 15 et 16 de ce cours, chapitres que j'avais déjà postés ici :
    <http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,356194,357110#msg-357110&gt;

    - Concernant l'utilisation de ces notions pour définir la compacité (dans les métriques seulement, je le rappelle !), voir le petit poly "cousin.pdf" ci-joint : celui-ci n'est pas de moi, mais il fournit un résumé ciblé pour un public de niveau plus élevé que les lecteurs potentiels de mon cours.
  • Merci beaucoup Aleg pour cette lecture saine ( Cousin + chapitre 5 ).
    Ne m'envoie pas chapitre par chapitre, c'est plus motivant de les cueillir lors de tes interventions.

    Les seules jauges que je connaissais sont les fonctions de Minkowski rencontrées dans les espaces localement convexes.

    Amicalement.
  • je vais écrire un petit texte d'initiation à l'analyse non standard qui se trouvera au lien suivant
    http://www.logique.jussieu.fr/~chalons/istnelson.php
    dès qu'il sera prêt (dans 30mn je pense)

    N'hésitez pas à démontrer des "absurdités" avec les axiomes autorisés, de manière que je vous dise où est votre erreur (c'est comme ça que vous apprendrez le mieux à "manipuler" l'analyse non standard). En effet, au départ les axiomes de l'analyse non standard peuvent donner "l'illusion" qu'on peut tout prouver avec, et je pense que c'est un avantage pédagogique.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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