immersion

Bonjour

rien de bien original, j'essaye juste de rédiger une démo soignée du théorème d'immersion. J'en ai vu plein d'exemplaires mais aucune ne me satisfait totalement. J'essaye dans écrire une dans les moindres détails (et encore je crois que je n'écris pas tout). C'est un exercice de rédaction pour l'essentiel. Je me suis arrêté au premier endroit où j'ai buté.

Celle que je présente est inspirée du Tosel. Elle s'intéresses au point 0 et suppose que f(0)=0

hypothèses:
f de classe $C^k$ de $\R^n$ dans $\R^p$
df(0) injective

conclusion:
il existe un $C^k$ difféomorphisme local h de $\R^p$ au voisinage de 0 tel qu'au voisinage de 0 hof coincide avec une injection linéaire j

démo:

on identifie $\Rp$ à $\R^nX\R^{p-n}$ et tous les couples seront de cette forme. a)Quitte à composer à gauche par un élément de $GL(\R^p)$ on peut supposer que $df(0):x\mapsto(x,0)$
En effet: d'abord on réordonne les coordonnées de manières à ce que
$df(0):x\mapsto(A(x),0)$ c'est à dire qu'on prend pour base de $\R^n$ une base de l'image de df(0).posons $k=A^{-1}$ (A est inversible puisque injective et à valeur dans un espace de même dimension) qui est un élément de $GL(\R^n)$. On sait qu'un tel élément est un $\C^{\infty}$ difféomorphisme de $\R^p$ au voisinage de 0
on a $kodf(0):x\mapsto(x,0)$. Donc si l'on a démontré le th pour kof
on a $ho(kof)=j$ soit $(hok)of=j$ et $hok$ est un bien $C^k$ difféomorphisme au voisinage de 0 (comme composée...)

b)on pose $f=(f_1,f_2)$
on a $df_1(0)=Id_{\R^n}$

c)on pose$\phi:(x,y)\mapsto(f_1(x),f_2(x)+y)$
$\phi$ est un $C^k difféo. au voisinage de 0. Comment le justifier proprement? Normalement d'apèrs un th. que j'ai redémontré dans un autre poste il faudrait démontrer que que $\phi$ est de classe $C^k$ et que c'est un $C^1$ difféo.

Réponses

  • zut c'est pas passé.
  • Voici le Latex corrigé (il manquait juste un \$ vers la fin).
    J'ai légèrement modifié la mise en page pour la lisibilité... j'espère que l'auteur m'excusera de cette liberté !
    Bonjour\\
    Rien de bien original, j'essaye juste de rédiger une démo soignée du théorème d'immersion. J'en ai vu plein d'exemplaires mais aucune ne me satisfait totalement. J'essaye dans écrire une dans les moindres détails (et encore je crois que je n'écris pas tout). C'est un exercice de rédaction pour l'essentiel. Je me suis arrêté au premier endroit où j'ai buté.\\
    Celle que je présente est inspirée du Tosel. Elle s'intéresse au point 0 et suppose que f(0)=0\\
    \\
    HYPOTHESES:\\
    f de classe $C^k$ de $\R^n$ dans $\R^p$\\
    df(0) injective\\
    \\
    CONCLUSION:\\
    Il existe un $C^k$ difféomorphisme local h de $\R^p$ au voisinage de 0 tel qu'au voisinage de 0 hof coincide avec une injection linéaire j\\
    \\
    DEMO:\\
    On identifiera $\R^p$ à $\R^n\times\R^{p-n}$ et tous les couples seront de cette forme.\\
    a) Quitte à composer à gauche par un élément de $GL(\R^p)$ on peut supposer que $df(0):x\mapsto(x,0)$\\
    En effet : d'abord on réordonne les coordonnées de manière à ce que
    $df(0):x\mapsto(A(x),0)$ c'est-à-dire qu'on prend pour base de $\R^n$ une base de l'image de df(0).
    Posons $k=A^{-1}$ (A est inversible puisque injective et à valeurs dans un espace de même dimension) qui est un élément de $GL(\R^n)$. On sait qu'un tel élément est un $\C^{\infty}$-difféomorphisme de $\R^p$ au voisinage de 0.
    On a $kodf(0):x\mapsto(x,0)$. Donc si l'on a démontré le th. pour $kof$,
    on a $ho(kof)=j$ soit $(hok)of=j$ et $hok$ est un bien $C^k$-difféomorphisme au voisinage de 0 (comme composée...).\\
    b) On pose $f=(f_1,f_2)$.
    On a alors $df_1(0)=Id_{\R^n}$. \\
    c) On pose $\phi:(x,y)\mapsto(f_1(x),f_2(x)+y)$.\\
    $\phi$ est un $C^k$ difféo. au voisinage de 0. Comment le justifier proprement?
    Normalement d'apèrs un th. que j'ai redémontré dans un autre post il faudrait démontrer que $\phi$ est de classe $C^k$ et que c'est un $C^1$ difféo.
  • oui merci

    je poursuis le c)

    $d\phi(0)=(df_1(0),df_2(0)+dId(0))=(Id_{\R^n},0+Id_{\R^{p-n}})=Id_{\R^p}$
    donc $d\phi(0)$ est inversible. f est par ailleurs de classe $C^1$ donc d'après le th. d''inversion locale il existe un voisinage de 0 en lequel $\phi$ est un $C^1$ difféo. local. Donc d'après le th rappelé ci-dessus la réciproque est en fait également de classe $C^k$

    J'ai donc utilisé le th. d'inversion locale. Quand je regarde les démos que j'ai sous la main, ce théorème n'est jamais mentionné. Pire, dans certains livres le th d'inv.loc. est considéré comme conséquence du th. du rand constant lui même dérivé du th. d'immersion. Alors ai je commis une erreur de raisonnement ou peut on faire autrement?
  • <BR>Je ne vois pas ce qui cloche dans ce que tu as dit. Ce qui te dérange c'est que ca ressemble au serpent qui se mord la queue, pour démontrer ton théorème d'immersion tu devrais faire appel à lui. Mais où le Tosel place-t-il chronologiquement le théorème d'inversion locale ? Avant je suppose.
    <BR>
    <BR>La présentation à laquelle je suis habitué, c'est inversion locale puis corollaire (rang constant).<BR>
  • Tosel ne parle pas de l'inversion locale un seul instant. Il faut dire que cette démo est dans un résumé de cours et plutôt synthétique.
    C'est moi qui dit qu'il faut l'inversion locale.
  • Pour le point (c), le fait que $\phi$ soit un diffeo vient du fait que $f_1$ l'est (apres pour trouver $y$ c'est juste une soustraction). Mais je ne vois pas comment eviter l'inversion locale pour $f_1$.
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