Densité de $ \mathbb{Q} $ dans $ \mathbb{R} $

Bonsoir à tous,

Soit $ U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} $ un ouvert.
Soit $ f \ : \ U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} \to \mathbb{R} $ une fonction réelle continue sur $ U $ tel que, pour tout $ ( q_1 , x_2 ) \in ( \mathbb{Q} \times \mathbb{R} ) \cap U $ : $ f(q_1 , x_2 ) = g(x_2) $.
Est ce que cela implique que, pour tout $ (x_1 , x_2) \in U $ : $ f(x_1 , x_2) = g( x_2 ) $ ?
$ g \ : \ \mathbb{R} \to \mathbb{R} $ est une fonction réelle continue.

Merci d'avance.

Réponses

  • Bonjour,

    Pablo, pourrais tu exhiber un exemple d'ouvert $U$ de $\mathbb{R} \times \mathbb{R}$ tel que $( \mathbb{Q} \times \mathbb{R} ) \cap U$ soit dénombrable ?

    Cordialement,

    Rescassol
  • Pardon, j'ai corrigé @Rescassol. ;-)
  • La question est pour une fois formelle, bravo Pablo, la réponse est oui, et il te faut maintenant le prouver.
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Bonjour,

    Pablo, mon pseudo ne comporte pas d'arobase :-X.

    Cordialement,

    Rescassol
  • @CC :
    Peux tu me fournir une indication pour cet exercice ?
    Je n'ai aucune idée par quoi commencer pour résoudre ce problème.
    Merci infiniment Christophe.

    Edit :
    D'accord Rescassol. La prochaine fois, je ferai attention. ;-)
  • Bonjour
    Voici comment je résous ce problème que j'ai crée moi meme, pour mon besoin de l'utiliser pour résoudre l'hypothèse de Riemann. Je vous montrerai ça dans Shtam dans les jours à venir.
    [Voir la question http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,2286048,2286050#msg-2286050 et sa réponse http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?4,2286048,2286052#msg-2286052 il y a moins de 24h ! :-D AD]
    Voici la solution :
    Soit $ (x_1 , x_2) \in U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} $,
    Puisque $ \mathbb{R} = \overline{ \mathbb{Q}} $, il existe une suite $ (q_n)_{ n \geq 0 } \in \mathbb{Q}^{ \mathbb{N} } $, telle que $ x_1 = \displaystyle \lim_{ n \to + \infty } q_n $.
    D'où, $ f(x_1 , x_2 ) = f \big( \displaystyle \lim_{ n \to + \infty } q_n , x_2 \big) = \displaystyle \lim_{ n \to + \infty } f( q_n , x_2 ) = \displaystyle \lim_{ n \to + \infty } g(x_2 ) = g(x_2) $, car, $ f $ est continue en $ (x_1 , x_2 ) $ pour tout $ x_2 $ tel que $ (x_1 , x_2 ) \in U $.
    D'où, pour tout $ (x_1 , x_2) \in U $ : $ f(x_1 , x_2) = g( x_2 ) $.

    Est ce que c'est ça ?

    Merci d'avance.
  • Bonjour Pablo.

    Je ne vois pas où tu utilises l'hypothèse : $U$ est ouvert.

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


  • « pour mon besoin de l'utiliser pour résoudre l'hypothèse de Riemann »

    J’étais inquiet.
    Un bon retour aux sources.
  • Bonjour ev :
    $ U $ est un ouvert de $ \mathbb{R} $ pour la topologie usuelle.
    Il contient alors, une partie en équipotence avec $ \mathbb{Q} $.
    Donc, on peut écrire : pour tout $ ( q_1 , x_2 ) \in ( \mathbb{Q} \times \mathbb{R} ) \cap U $, dans l'hypothèse : Soit $ f \ : \ U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} \to \mathbb{R} $ une fonction réelle continue sur $ U $ tel que, pour tout $ ( q_1 , x_2 ) \in ( \mathbb{Q} \times \mathbb{R} ) \cap U $ : $ f(q_1 , x_2 ) = g(x_2) $.
    :-)
  • Soyons sérieux en tentant de faire des maths :

    Quel théorème utilises-tu pour écrire « il contient alors … » ?
  • @Dom :
    J'utilise le théorème qui affirme, qu'il existe une partie $ I $ de l'ouvert $ U $ de $ \mathbb{R} $ pour la topologie usuelle, et une application injective $ f : \mathbb{Q} \to I $, tels que $ U = \overline{I} $. ( Pense à l'hypothèse du continue )
  • Ok je ne vois pas le passage qui mentionne l’équipotence avec $\mathbb Q$.
    Par exemple, on peut prendre $I=U$ dans ce que tu écris, non ?
  • Non, $ I $ est une partie dénombrable. J'ai oublié de le préciser ( $ I \subset U $ est une partie en équipotence avec $ \mathbb{Q} $ ).
  • Pablo : Ici : Soit $U\subset\R\times\R$ un ouvert.

    Pablo de retour : Ici $U$ est un ouvert de $\R$ pour la topologie usuelle.

    Si j'ai bien compris, on peut remplacer $U$ par toute partie de $\R^2$ (de $\R$ ?) qui contient une partie en équipotence avec $Q$ ?
    e.v.

    [Correction des liens. AD]
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • J’allais y venir après, au sujet de ce $U$.
  • Pablo lorsque tu dis "Pense à l'hypothèse du continue" tu penses à cette hypothèse du continu https://fr.wikipedia.org/wiki/Hypothèse_du_continu#:~:text=En théorie des ensembles, l,l'ensemble des nombres réels ?
  • Oui raoul.S, c’est ça. :-)

    Edit :
    ev : C'est un lapsus. $ U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} $.
  • Bonjour

    Soit $ T $ une partie dénombrable de $ \mathbb{Q} $ telle que, $ T \subseteq \mathbb{Q} \setminus \mathbb{N} $.
    Est ce que nécessairement $ \mathbb{Q} \subseteq \overline{T} $ ?

    Merci d'avance.
  • Que penser de $T=\{ k+0,5 \mid k\in \mathbb Z\} $ ?
  • Pardon. J'ai modifié mon message.
  • Je ne modifie pas le mien et propose encore de regarder mon ensemble $T$.
  • Merci Dom. $ \mathbb{Q} \not \subseteq \overline{T} $.
  • Pas de souci.
    Mais tout de même, je me retrouve à dire des banalités.
    Je ne sais pas ce qui m’a pris.
  • Bonsoir,

    Je considère une partie $ K $ de $ \mathbb{Q} $ définie par $ K = \{ \ \dfrac{p}{q} \ | \ \ p \ \ \mathrm{et} \ \ q \ \ \text{sont tous les deux premiers dans} \ \ \mathbb{Z} \ \} $.
    Est ce que, $ \mathbb{R} = \overline{K} $ ?

    Merci pour votre aide.
  • Il est clair que $ \overline{K} \subseteq \mathbb{R} $.
    Il reste à montrer que $ \mathbb{R} \subseteq \overline{K} $.
    Soit $ x \in \mathbb{R} $.
    Il s'agit de montrer qu'il existe une suite : $ (x_n)_{ n \geq 0 } \in K^{ \mathbb{N} } $, telle que, $ x = \displaystyle \lim_{ n \to + \infty } x_n $.
    Autrement dit, il faut montrer que pour tout $ \epsilon > 0 $, il existe $ \frac{p}{q} \in K $, tel que, $$ \Big| x - \dfrac{p}{q} \Big| < \epsilon .
    $$ Pouvez-vous me montrer comment ?
    Merci d'avance.
  • Soit $ x \in \mathbb{R} $,
    Soit $ \epsilon > 0 $,
    Alors, $ \exists n \in \mathbb{Z} \backslash \{ 0 \} $ tel que, $ x \in [ n , n+1 [ $.
    En décomposant $ n+1 $ en produit de nombres premiers élémentaires, à signe près, on obtient $ n +1 = p_{1}^{k_{1}} \dots p_{n}^{k_{n}} $.
    Il existe, alors forcément un nombre premier assez grand $ q_{1} $, tel que, $ | x - \dfrac{p_{1}^{k_{1}} \dots p_{n}^{k_{n}}}{p_{1}^{k_{1} -1} \dots p_{n}^{k_{n}} q_{1} } | < \epsilon $.
    En simplifiant, Il existe, alors forcément un nombre premier assez grand $ q_{1} $, tel que, $ | x - \dfrac{p_{1}}{ q_{1} } | < \epsilon $.
    D'où, $ x \in \overline{K} $.
    Par conséquent, $ \mathbb{R} = \overline{K} $.
    Est ce que c'est ça ?
    Merci d'avance.
  • Euh, tu peux expliquer ta simplification ?
  • @ronan : $ \dfrac{p_{1}^{k_{1}} \dots p_{n}^{k_{n}}}{p_{1}^{k_{1} -1} \dots p_{n}^{k_{n}} q_{1} } = \dfrac{p_{1}}{ q_{1} } $
  • En fait, c'est l'étape précédente qui me gêne.
  • $ n+1 $ est un entier relatif, donc, suivant le théorème fondamental de l'arithmétique, tout entier relatif se met sous la forme $ p_{1}^{k_{1}} \dots p_{n}^{k_{n}} $, avec, $ p_1 , \dots , p_k $ sont des nombres premiers, et $ k_1 , \dots , k_n $ sont des entiers naturels.
  • Oui, là je suis d'accord, ensuite ?
  • Oui, c'est vrai. Ce passage dans lequel tu t’arrêtes, est faux. Je ne sais pas comment résoudre ce problème alors. Quelqu'un peut-il m'aider ?
    Merci d'avance.
  • J’irais chercher un raisonnement qui utilise une caractérisation séquentielle.
    Mais il faut écrire un peu mieux l’énoncé. Enfin, disons qu’il faut écrire les choses proprement pour savoir quoi faire.

    Soient $f$ et $g$ deux fonctions continues respectivement sur $U \subset \mathbb{R} \times \mathbb{R} $ et sur $\mathbb R$.

    Supposons :
    quel que soit $( q_1 , x_2 ) \in ( \mathbb{Q} \times \mathbb{R} ) \cap U$, $f(q_1,x_2)=g(x_2)$.
    A-t-on :
    quel que soit $(x_1 , x_2) \in U$, $f(x_1 , x_2) = g( x_2 )$


    Je tente le début :
    Soit $(x_1,x_2)$ dans $U$.
    Soit $(r_n)_n$ une suite de rationnels (telle que la suite $(r_n,x_2)_n$ soit dans $U$) qui tend vers $x_1$.
    Alors : pour tout $n$, $f(r_n,x_2)=g(x_2)$.

    À toi de poursuivre, Pablo.

    Édit :
    Il y aura des remarques à faire sur la fonction $g$.
  • Dom,
    J'ai déjà fait cette question. Je cherche maintenant une réponse à la dernière question dans ce fil.
  • Ha oui.
    C’est tellement décousu ce fil, bref.
    Je retombe sur mes pieds quand même car la rédaction que tu proposes ne me plait guère.

    Une remarque : inutile de supposer $g$ continue.
  • En prenant du recul, Pablo, en fixant un réel quelconque et en l'écrivant sur un papier, ne vois-tu pas un moyen de l'approcher par un rationnel
  • Bonjour Grenouille factorielle,
    Oui. Par exemple, pour $ \pi = 3,14... $, on a, $ \pi = \dfrac{314}{100} = \dfrac{157}{50} $.
    Mais moi, je voudrais approcher un réel quelconque $ x $ par un rationnel de la forme $ \dfrac{p}{q} $, avec, $p$ et $q$ sont tous les deux premiers. Ce qui ne ressemble pas toujours à ton idée Grenouille factorielle. :-)
  • Houlala…
    « Je voudrais ».

    Quel est le but ?
    Peux-tu rappeler l’énoncer que tu souhaites démontrer ?
  • Dom
    Je considère une partie $ K $ de $ \mathbb{Q} $ définie par $ K = \{ \ \frac{p}{q} \mid p \ \ \mathrm{et} \ \ q \ \ \text{sont tous les deux premiers dans} \ \ \mathbb{Z} \ \} $.
    Est-ce que, $ \mathbb{R} = \overline{K} $ ?
  • Ha d’accord.
    C’est très clair. J’étais un peu perdu et ai sûrement sauté des messages.
  • Un problème intéressant ! Il est équivalent de montrer que $[0,1]\in\overline{K}$. Il semblerait que l'on ait besoin de connaître quelques détails sur la répartition des nombres premiers à l'infini pour le résoudre.
    On peut déjà dire : $0\in \overline{K}$ (infinité des nombres premiers)
    Puis un problème à part entière serait de déterminer si $1\in \overline{K}$. Je te propose de prouver un lemme pour commencer : prouve que la conjecture des nombres premiers jumeaux est vraie, ce lemme nous donnera que $1$ est bien dans l'adhérence de $K$.
  • Peut-être peut-on utiliser les $n!+1$ ou est-ce trop ambitieux ?
  • Dom, je ne crois pas que l'ensemble des $\frac{n!+1}{m!+1}$ soit dense dans $[0,1]$, difficile d'approcher $1$ en prenant des nombres premiers de plus en plus distants
  • Le résultat est vrai.

    Soient $x < y$ des réels positifs. On va montrer l'existence de nombres premiers $p$ et $q$ tels que $x < \frac{p}{q} \leq y$, c'est-à-dire $qx < p \leq qy$. En introduisant la fonction de comptage $\pi$ définie par $\pi(t) = \#\{p \leq t \mid p \text{ premier}\}$, il suffit donc de trouver $q$ tel que $\pi(qy) - \pi(qx) \geq 1$. Or, d'après le théorème des nombres premiers, on a $$\pi(qy) - \pi(qx) = \frac{qy}{\log(qy)} - \frac{qx}{\log(qx)} + o\left(\frac{qy}{\log(qy)} + \frac{qx}{\log(qx)}\right) \underset{q \to +\infty}{\sim} \frac{q(y-x)}{\log q},$$ qui tend clairement vers l'infini avec $q$. En particulier pour $q$ assez grand, il y a bien un nombre premier entre $qx$ et $qy$.
  • Bravo Poirot. Merci beaucoup. Très jolie démonstration. :-)
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