De la topologie pour les meilleurs
Bonsoir à tout le monde...
Bon voilà mon problème :
Dans un espace topologique compact, toute suite admet une valeur d'adhérence.
Malheureusement si l'on ne se trouve pas dans un espace à base dénombrable de voisinage il n'existe pas forcément de sous-suite convergente vers une valeur d'adhérence.
Donc dire que toute suite d'un espace compact admet une sous suite convergente est faux.
Et maintenant c'est à vous de jouer !!!
- Soit vous me démontrez par a+b que je n'ai absolument rien compris ie : Toute suite d'un espace compact admet une sous-suite convergente
- Soit vous me trouver un contre exemple ie : Un espace compact et une suite lui appartenant telle qu'il n'existe aucune sous-suite convergente.
(ou dit autrement : que pour toutes les valeurs d'adhérence x de cette suite, il n'existe pas de sous-suite extraite convergente vers x)
Cordialement,
Sonia
Bon voilà mon problème :
Dans un espace topologique compact, toute suite admet une valeur d'adhérence.
Malheureusement si l'on ne se trouve pas dans un espace à base dénombrable de voisinage il n'existe pas forcément de sous-suite convergente vers une valeur d'adhérence.
Donc dire que toute suite d'un espace compact admet une sous suite convergente est faux.
Et maintenant c'est à vous de jouer !!!
- Soit vous me démontrez par a+b que je n'ai absolument rien compris ie : Toute suite d'un espace compact admet une sous-suite convergente
- Soit vous me trouver un contre exemple ie : Un espace compact et une suite lui appartenant telle qu'il n'existe aucune sous-suite convergente.
(ou dit autrement : que pour toutes les valeurs d'adhérence x de cette suite, il n'existe pas de sous-suite extraite convergente vers x)
Cordialement,
Sonia
Réponses
-
Connais-tu beaucoup d'espaces compacts qui ne soient pas à base dénombrable de voisinages?
-
Oui l'espace des fonctions : [0,1]->[0,1]
C un espace compact d'après Tychonov (car c lespace [0,1]^[0,1])
Cet espace nous donne d'ailleur un contre exemple (mais pas tout à fait complet):
Soit:
f0=1 sur [0,1/3]
=0 sur le reste
f1=1 sur [1/3,2/3]
=0 sur le reste
f2=1 sur [2/3,1]
=0 sur le reste
f3=1 sur [1/9,2/9]
=0 sur le reste
ect..
cet suite admet la fonction nulle comme valeur d'adhérence mais aucune sous suite ne converge ver elle. Malheureusement il existe d'autre valeurs d'adhérences, par exemple
f(x)=1 si x=0
=0 si x!=0
pour lesquelle il existe une sous suite convergente...
Ce contre exemple ne comble donc pas tout a fait ma curiosité...
-
\begin{quote}
{\it Sonia961 : } Soit vous me trouvez un contre exemple ie : Un espace compact et une suite lui appartenant telle qu'il n'existe aucune sous-suite convergente.
\end{quote}
D'accord. Gardons celui que tu as donné : $E=[0,1]^{[0,1]}$ muni de la topologie produit (c'est à dire celle de la convergence simple).
Voici le contre-exemple que proposent Steen & Steebach : considère la suite $\alpha_n$ définie par $\alpha_n(x)=$ le $n^e$ chiffre du développement en base 2 propre de $x$. Suppose en effet avoir une extractrice $\varphi$ telle que $\alpha_{\varphi(n)}$ converge. Il suffit pour conclure de définir un $x_0$ dans $[0,1]$ pour lequel $(\alpha_{\varphi(n)}(x_0))_n$ n'a aucune chance de converger, et il suffit par exemple de prendre $x_0=0,u_0u_1u_2\ldots u_n\ldots$ avec $u_i = \left \{ \begin{array}{l} 0 \text{ si }i\text{ est de la forme }\varphi(2k)\\1 \text{ sinon} \end{array} \right .$ car alors $(\alpha_{\varphi(n)}(x_0))_n=\{0,1,0,1,\ldots\}$.
On peut construire des contre-exemples peut-être un peu moins surprenants en prenant $F=\{0,1\}^{\{0,1\}^\N}$ (qui est le sous-espace de ton $E$ dont on a eu besoin pour construire le contre-exemple ci-dessus, d'ailleurs).
En fait ta question est récurrente sur le forum. Voir par exemple :
\lien{http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?14,484681,484681#msg-484681}
\lien{http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?14,424114,424209}
\lien{http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?f=2&i=340192&t=340012}
\lien{http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?14,343568,343903#msg-343903}
Ça fait un moment que je voudrais poster un message un peu plus complet que ceux que j'ai retrouvé sur les différences entre compacité et séquentielle compacité, mais je n'ai jamais simultanément le courage et le temps de le faire... :-( -
Merci, Merci, Merci et... heu... MERCI!!!!
Je me cassais la tête depuis plus de deux semaines sur ce contre-exemple....
Je ne comprend pas pourquoi aucun livre de topologie, en tout cas ceux que j'ai regardé, ne donne un contre exemple de cela....
Pour info je viens d'acheter le Steen & Steebach
@+ et encore merci... -
Bon OK...
Je reviens à l'attaque...
Si je regarde ton bel exemple:la suite $\alpha_n$ devrait admettre au moins une valeur d'adhérence, $[0,1]^{[0,1]}$ étant compact...
On peut en expliciter une? :S -
D'abord, félicitations pour cet achat. C'est le grand Aleg qui m'avait conseillé de faire l'acquisition de ce livre et je dois dire que je n'ai vraiment pas été déçu.
Ensuite, pour l'explicitation des valeurs d'adhérence (ou du moins d'une valeur d'adhérence) de α_n, je ne veux pas de dire non trop vite, mais ne compte pas sur moi pour chercher, parce que, a priori, il est très probable qu'on ne puisse pas en expliciter. Pour le dire autrement : toutes les suites de E ont des valeurs d'adhérence, mais très peu on des valeurs d'adhérence explicitables (c'est le cas de ta "bosse glissante rapetissante", et si ça se trouve c'est aussi le cas de α_n, mais je n'ai aucune bonne raison de le penser).
Pourquoi ? Il faut bien comprendre que Tychonov, c'est Zorn, et que Zorn, c'est la machine à construire des gens qui n'existent pas. Etant donné un recouvrement ouvert de E, c'est l'axiome du choix qui t'extrait par magie un sous-recouvrement fini (sauf bien sûr pour certains recouvrements bien choisis). Etant donnée une suite à valeur dans E, c'est l'axiome du choix qui te produit les valeurs d'adhérence (sauf bien sûr pour certaines suites bien choisies).
Tout dépend maintenant de ce que tu appelles "exhiber". Je ne vois aucune raison de dire que "la valeur résultant de l'application de l'axiome du choix" ne serait pas une "exhibition" honnête. En même temps, ça n'est pas hyper-satisfaisant.
En résumé, de deux choses l'une :
1) ou bien on peut effectivement exhiber une valeur d'adhérence de α_n "à la main", sans axiome du choix. C'est possible, mais je n'ai aucune raison a priori de le penser, je pencherais même plutôt pour l'autre possibilité.
2) ou bien on ne peut pas. C'est probable, mais le problème c'est que dans ce cas ce sera extrèmement difficile à prouver (il faudra exhiber un modèle de ZF ne satisfaisant pas l'axiome du choix pour lequel notre suite n'a pas de valeur d'adhérence : l'enfer sur terre).
PS : une démo que Borel-Lebesgue implique "toute suite a une valeur d'adhérence" ici. Que dire de la réciproque ? -
Le grand LBR a bien parlé : c'est la voix de la raison.
-
Il faut quand même signaler que la plupart des espaces vectoriels
topologiques à base non dénombrable que l'on utilise ont la propriété que tout compact est contenu dans un Banach, et donc cette pathologie -que je n'avais jamais remarquée- n'arrive pas (heureusement).
M. -
Salut,
n'est-il pas plus simple de se rappeler qu'une valeur d'adhérence n'est limite d'une sous-suite que s'il y a une topologie métrisable?
Je ne suis pas sûr qu'une totpologie produit "à la Tychonoff" dans le contre-exemple ci-dessus soit métrisable.
Je crois qu'il s'entend que le théorème de Tychonoff ne peut produire que des horreurs dans le genre ci-dessus et qu'il serait bon de se limiter à la topologie d'espaces métrisables.
Cordialement,
F.D. -
FrançoisD a écrit:n'est-il pas plus simple de se rappeler qu'une valeur d'adhérence n'est limite d'une sous-suite que s'il y a une topologie métrisable?
D'abord, ça n'est pas vrai (voir le deuxième message de sonia961).
Ce qui est vrai c'est que si la topologie est métrisable (ou si l'espace est uniforme, ou si la topologie est à base dénombrable de voisinages), alors les valeurs d'adhérence sont des limites de sous-suites.
Même dans le cas non-à base dénombrable de voisinage, on peut trouver des suites avec des valeurs d'adhérence limites de sous-suites (deuxième message de sonia961). La question initiale demandait une suite (concrète, explicite) pour laquelle aucune valeur d'adhérence ne soit limite d'une sous-suite. -
Il serait intéressant de regarder ce qui merde dans les démonstrations que l'on trouve dans tous les bouquins. Quelqu'un a une idée ?
-
Oui, et tu n'as pas besoin d'ouvrir de bouquin. Dans le cas métrique (on voit bien que ça s'adapte si on a une base dénombrable de voisinages), la démonstration coule d'elle-même.
Je m'explique : une valeur d'adhérence, c'est un élément de $\cap_{n \in \N} E_n$ avec $E_n =\overline{\{u_m, m > n\}}$. On en prend une : $\lambda$, et on veut trouver une extractrice $\varphi$ telle que $u_{\varphi(n)} \rightarrow \lambda$. Comme on est dans un métrique, il suffit de trouver un $\phi$ telle que $d(u_{\varphi(n)}, \lambda) \leq \dfrac{1}{n}$.
Fastoche. On a qu'à dire $\varphi(0)=0$ puis pour tout $n>0$ on regarde $E_{\varphi(n-1)} \cap B(\lambda,\frac{1}{n})$. C'est non vide. Prenons un $u_m$ dedans et posons $\varphi(n)=m$.
Quand on essaie de généraliser ça, on voit qu'on voudrait pourvoir considérer une suite de voisinages de $\lambda$ qui "converge vers $\lambda$" et on ne voit pas trop de raison pour que ça existe dans un espace suffisamment pourri.
Bon, je ne garantis pas d'une pertinence de 100\% dans ce qui précède, mais si tu as la patience d'attendre dimanche, j'essaierai de rédiger un post un peu complet sur les différences entre compacité et séquentielle compacité. -
M'enfin !!! Je n'ai de cesse d'éditer mon code $\LaTeX$ mais le forum ne veut rien savoir.
Lire $ E_n =\overline{\{u_m, m > n\}}$, oeuf corse.
[Evidemment, il a suffi que je poste ce message pour que la correction se fasse comme par magie dans le message précédent. J'en déduis que le forum est d'une humeur farceuse aujourd'hui. ]
[LBR, n'oublie pas de faire "Actualiser" dans ton navigateur (ou mieux avec Firefox : Ctrl+Maj+R) AD] -
Salut,
je viens de prendre quelques secondes supplémentaires pour lire cette discussion (passionnante au demeurant) qu'il faudrait fusionner avec "Axiome du Choix et topologie élémentaire!
Je continue à bugger entre "topologie compacte" et "topologie métrisable compacte". La caractérisation séquentielle est plutôt valable dans le deuxième cas, non?
Soit dit en passant, les axiomes du choix affaiblis (ACD / ACDen) doivent suffire pour ce qui nous intéresse pour faire lien avec l'autre fil cité.
Je vais aller jeter un oeil chez Skandalis moi.
F.D. -
Juste pour vous éviter de vous fatiguer, je viens de trouver 3 fils qui complètent ma réponse. Merci à tous (car vous y avez tous déjà particpé, lol)
F.D. -
FrancoisD_pas_logge écrivait:
> Je crois qu'il s'entend que le théorème de
> Tychonoff ne peut produire que des horreurs dans
> le genre ci-dessus et qu'il serait bon de se
> limiter à la topologie d'espaces métrisables.
Ah bah non ! Il y a plein d'espaces sympathiques qui ne sont pas métrisables : ${\cal D}(\Omega)$, ${\cal D}'(\Omega)$, un Banach muni de sa topologie faible, ... -
Salut,
je tournerai 7 fois mes pouces sur le clavier avant d'écrire une nouvelle ânerie
je tournerai 7 fois mes pouces sur le clavier avant d'écrire une nouvelle ânerie
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je tournerai 7 fois mes pouces sur le clavier avant d'écrire une nouvelle ânerie
je tournerai 7 fois mes pouces sur le clavier avant d'écrire une nouvelle ânerie
etc.
F.D. -
Merci pour ces bonnes remarques.
J'ai pris le temps de tout lire et de bien réfléchir et je crois que j'ai tout bien compris ! -
Pour FrancoisD_pas_logge :
\newcount\n \def\punishment#1#2{\n=0 \loop\ifnum\n<#2 \advance\n by1 \item{\number\n.}#1\endgraf\repeat
From the TeXbook
Damned ! J'ai pourtant sûr de ne pas avoir coché ! -
mdr
sinon (voir un autre topic) j'ai pas mal galéré sur une topologie non-séparée...
Comme quoi, même quand c'est pas métrisable, ça suffit pas toujours!
F.D. -
Réponse à un des posts de la page1
Mon premier latex sur la nouveau forum (et sous toute réserve que je ne gourre pas dans les raisonnements ci-dessous lol):
certaines réciproques sont intéressantes aussi, et peu trouvées dans les livres.
Soit $(E_i)_{i\in I}$ une famille d'espaces finis (munis de la topologie discrête)
Soit $z_i$ tel que $\forall i\in I: z_i\notin E_i$ (par exemple $z_i:=E_i$) et $F_i:=E_i \cup \{z_i \}$ et on munit aussi chaque $F_i$ de la top discrête
Le produit F des $F_i$ est compact et non vide (si on accepte Tychonoff).
$U_i$:= l'ensemble des $f\in F$ tel que $f(i)=z_i$ est ouvert
Comme aucun ensemble fini de ces $U_i$ ne recouvrent F, on a déjà l'axiome du choix pour les familles d'ensembles finis (ax2)
Comment obtenir l'axiome du choix complet?
On ne suppose plus les $E_i$ finis, on les garde non vides, mais on munit chaque $F_i$ de la topologie où les seuls ouverts sont l'ensemble vide, le singleton contenant $z_i$, $E_i$ et $F_i$ tout entier; ainsi $F_i$ est compact (il n'a que 4 ouverts)
De même $U_i:=$ l'ensemble des f de F telle que $f(i)=z_i$ est un ouvert de F.
Une famille finie d'entre eux ne recouvre pas F.
Par Tychonoff, il existe donc une f de F telle que pour tout $i:\ f(i)\in E_i$
Ainsi Tychonoff entraine l'axiome du choix
Exercice: en faire autant avec {\it l'axiome que dans tout anneau commutatif, il existe un idéal maximal implique l'axiome du choix}Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
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Bonjour!
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