Deux remarques anodines topologiques
Bonjour,
En travaillant la topologie, je pense avoir remarqué deux petites choses très basiques (à supposer qu'elles soient vraies !) et que je n'ai pourtant lues dans aucun cours :
1) Parfois on lit : "$\emptyset$ est connexe" sans préciser la topologie. D'après moi c'est parce que sur $\emptyset$ il n'y a qu'une seule topologie possible, à savoir $\{\emptyset\}$ qui est d'ailleurs à la fois égale à la topologie discrète et à la topologie grossière. De même sur un singleton $\{a\}$ il n'y a qu'une seule topologie, à savoir $\{\emptyset,\{a\}\}$ encore égale à la fois à la topologie discrète et à la topologie grossière. On peut donc encore dire "un singleton est connexe" sans préciser la topologie. Dès que l'ensemble a un cardinal au moins égal à $2$, les topologies discrètes et grossières sont distinctes.
2) Soit $D$ une partie dénombrable de $\R$ muni de $\mathcal{T}$, la topologie induite par la topologie usuelle $\mathcal{T}_u$ de $\R$. Alors $\mathcal{T}=\mathcal{P}(D)$ la topologie discrète de $D$. Grâce à ça, en utilisant le fait que tout ensemble discret contenant au moins deux points n'est pas connexe, on en déduit que :
- Toute partie finie de $\R$ de cardinal au moins $2$ n'est pas connexe ;
- $\N$ n'est pas connexe dans $\R$ ;
- $\Z$ n'est pas connexe dans $\R$ ;
- $\Q$ n'est pas connexe dans $\R$.
Pourriez-vous me dire si vous voyez des erreurs dans ces 2 points ?
En travaillant la topologie, je pense avoir remarqué deux petites choses très basiques (à supposer qu'elles soient vraies !) et que je n'ai pourtant lues dans aucun cours :
1) Parfois on lit : "$\emptyset$ est connexe" sans préciser la topologie. D'après moi c'est parce que sur $\emptyset$ il n'y a qu'une seule topologie possible, à savoir $\{\emptyset\}$ qui est d'ailleurs à la fois égale à la topologie discrète et à la topologie grossière. De même sur un singleton $\{a\}$ il n'y a qu'une seule topologie, à savoir $\{\emptyset,\{a\}\}$ encore égale à la fois à la topologie discrète et à la topologie grossière. On peut donc encore dire "un singleton est connexe" sans préciser la topologie. Dès que l'ensemble a un cardinal au moins égal à $2$, les topologies discrètes et grossières sont distinctes.
2) Soit $D$ une partie dénombrable de $\R$ muni de $\mathcal{T}$, la topologie induite par la topologie usuelle $\mathcal{T}_u$ de $\R$. Alors $\mathcal{T}=\mathcal{P}(D)$ la topologie discrète de $D$. Grâce à ça, en utilisant le fait que tout ensemble discret contenant au moins deux points n'est pas connexe, on en déduit que :
- Toute partie finie de $\R$ de cardinal au moins $2$ n'est pas connexe ;
- $\N$ n'est pas connexe dans $\R$ ;
- $\Z$ n'est pas connexe dans $\R$ ;
- $\Q$ n'est pas connexe dans $\R$.
Pourriez-vous me dire si vous voyez des erreurs dans ces 2 points ?
Réponses
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Tu crois vraiment que la topologie sur une partie dénombrable de $\R$ induite par la topologie usuelle de $\R$ est toujours la topologie discrète ?
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Si je le pensais pas je l'aurais pas écrit. Le 2) est donc faux.
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Ce qui est faux c'est le passage par la topologie discrète : la topologie induite sur $\Q$ par celle de $\R$ doit te montrer.
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Du coup $\N$ et $\Z$ sont discrets dans $\R$ mais pas $\Q$ c'est bien ça ? Je crois que c'est à cause de la densité de $\Q$ dans $\R$. Mais comment rendre mon raisonnement correct du coup ?
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Comme on démontre que $\Q$ n'est pas connexe en temps que sous-espace de $\R$.
Si $D$ contient deux points $a$ et $b$ avec $a<b$, l'intervalle $]a,b[$ contient un point $x$ qui n'est pas dans $D$. Il n'y a plus qu'à ... -
Et pour $\N$ et $\Z$ ?
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M'enfin ? Zephir t'a indiqué une démonstration qui marche pour toute partie dénombrable $D$ (ayant au moins deux éléments) de $\R$.
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L2_maths écrivait:
> Du coup $\N$ et $\Z$ sont discrets dans $\R$ mais pas $\Q$ c'est bien ça ? Je crois que c'est à cause de la densité de $\Q$ dans $\R$.
En fait, je peux penser à d'autres sous-ensembles de $\R$ qui sont dénombrables, pas denses et pas discrets... Peux-tu montrer proprement que $\Q$ n'est pas discret ? -
Supposons par l'absurde que $\Q$ est discret dans $\R$. Comme $\{1\}\subset\Q$, $\{1\}$ est ouvert dans $\Q$ donc il existe un ouvert $O$ de $\R$ tel que $\{1\}=O\cap\Q$. $O$ est un voisinage de $1$ dans $\R$ donc il existe $\epsilon\in\R_{+}^*$ tel que $]1-\epsilon,1+\epsilon[\subset O$. Par densité de $\Q$ dans $\R$, il existe $r\in ]1-\epsilon,1+\epsilon[\cap\Q$. Donc $r\in O\cap\Q$ qui n'est pas réduit à $\{1\}$.
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(tu) Ce qui compte en fait, c'est que le complémentaire de $\Q$ soit dense dans $\R$.
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Moi je mettrais (td) pour le raisonnement, et je le modifierais en
"Par densité de $\Q$ dans $\R$, il existe $r\in {]1,1+\epsilon[}\cap \Q$."
Sinon, on ne montre pas que $O\cap \Q$ n'est pas réduit à $\{1\}$ (pourquoi $r\neq 1$ ?). -
Oui d'accord pour le (td). J'ai lu un peu trop vite.
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Effectivement !
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Et enfin, tu as écrit "connexe dans $\mathcal{R}$" et "discret dans $\mathcal{R}$". On n'est pas discret ni connexe "dans quelque chose".
La discrétude et la connexité d'un espace ne dépend que de sa topologie, peu importe que ce soit la topologie induite par un espace plus gros. On dit que ce sont des notions intrinsèques. La compacité est également une propriété intrinsèque.
Cependant, le fait d'être ouvert ou fermé n'est pas intrinsèque ! C'est pourquoi il faut dire "ouvert dans truc" et "fermé dans machin".
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