Sur la complétude

Gon
Gon
Modifié (November 2021) dans Topologie
Bonsoir.
J'aimerais avoir une idée, pour terminer la question $2$ sur laquelle je réfléchis.
Voici d'abord ce que je fais :
$1-$ c'est ok.
$2-$ je veux montrer que $diam( \{x_{k}, k \in \mathbb{N} ,\ k \geq n \}$ tend vers $0$ quand $n$ tend vers $+\infty$
Le problème c'est que j'arrive à une inégalité de la forme $diam( \{x_{k}, k \in \mathbb{N} ,\ k \geq n \} \leq 2r_{n} $, quand $n$ tend vers $+\infty$, le membre de droit tend vers $a$. 

Réponses

  • Barjovrille
    Modifié (November 2021)
    Prends des boules de rayon $r_n-a$  (en justifiant que c'est bien défini) et utilise la caractérisation de la complétude de la question 1 sur ces boules.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Bonjour, merci.
    Tout fermé est stable par translation donc si je considère le fermé $A_{n}=B_{f}(x_{n},r_{n})$, $F_{n}=B_{f}(x_{n},r_{n}-a)$ est encore un fermé.
    Et ce dernier est inclus dans $A_{n}$ pour tout $n$.
    De plus les $F_{n}$ forme une suite décroissante de fermées non vides (puisque les $A_{n}$ sont non vides). Soit $n \in \mathbb{N}$, considérons le point $x_{n} \in F_{n}$, par décroissance de $F_{n}$, on a $\{x_{k}, k \in \mathbb{N} , k \geq n\}$ est inclus dans $B_{n}$, donc $Diam(\{x_{k}, k \in \mathbb{N} , k \geq n\} \leq Diam(F_{n})$, or le membre de droit tend vers $0$ quand $n$ tend vers $+\infty$, la suite est donc de Cauchy donc l'intersection des $B_{n}$ est non vide or celui-ci est dans l'intersection de tous les $A_{n}$ par décroissance des $F_{n}$ , $A_{n}$ et le fait que $F_{n}$ est inclus dans $A_{n}$ pour tout $n$.

    Au fait, je viens de voir mon erreur, j'avais imaginé que $r_{n} \leq a$ or c'est l'inverse (il se faisait tard, j'avais écrit des bêtises), donc ma première idée n'était pas bonne.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Bonsoir, ma question peut sembler basique, mais je n'arrive pas à résoudre les deux dernières questions de mon exercice.
    J'ai cherché la question $3-i$, mais je n'y arrive pas. 
    Puis-je avoir des indications sur les deux dernières questions svp? 
    Merci.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Je pensais à dire que la suite est constante à partir d'un certain rang car la distance entre deux points de $\mathbb{N}$ peut-être inférieur à $\frac{1}{2}$ à partir d'un certain rang, mais ici il ne s'agit pas de la métrique usuelle si je ne m'abuse.

    Ajout: je pense que j'ai fait un mauvais raisonnement, il faudrait que je prenne $\epsilon=\frac{1}{2}$
  • raoul.S
    Modifié (November 2021)
    Gon a dit :
    car la distance entre deux points de $\mathbb{N}$ peut-être inférieur à $\frac{1}{2}$...
    Tu veux dire car la distance entre deux points (distincts) de $\mathbb{N}$ n'est jamais inférieure à $\frac{1}{2}$ plutôt.

    Tout découle de ça. Ça implique immédiatement que les singletons sont ouverts (pourquoi ?). Et ça implique que les suites de Cauchy sont constantes à partir d'un certain rang.
  • Je pensais à : 
    pour tout $ \epsilon>0$ il existe un entier $N$ tel que $\forall p \geq p \geq N$, $d(x_{p},x_{q}) \leq \epsilon$
    En prenant $\epsilon=\frac{1}{2}$, on a $\forall p \geq p \geq N$, $0\leq exp(-\lvert x_{p}-x_{q})\rvert \leq 0$
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Oui je pensais à cela, mais je pensais qu'on regardait cela que pour la distance usuelle, oui je pensais aussi à cela pour le cas constant mais je doutais car je me disais qu'on ne travaille pas avec la distance usuelle .
  •  je pensais qu'on regardait cela que pour la distance usuelle

    Je ne comprends pas. "cela" ?

  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Désolé Raoul. S, je viens de voir que je mélange des notions, le fait qu'une suite d'entiers soit de Cauchy implique qu'elle est stationnaire.
    Ici l'argument est que si les termes de la suite ne sont pas distincts, on aboutit à une contradiction avec la définition de la métrique.
    [Augustin Cauchy (1789-1857) prend toujours une majuscule. AD]
  • Petite blague : 
    si $3-i$ est difficile, c’est parce que $3-i$ est complexe. 
    😏
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Mdr. 
    Voilà, pour $\epsilon=\frac{1}{2}$, $d(x_{p},x_{q}) \leq \frac{1}{2}$ à partir d'un certain entier $N$ tel que $p \geq q > N$.
    Si $x_{p},x_{q}$ sont distincts, on aurait que $\exp(-\lvert x_{p}-x_{q} \rvert) \leq 0$ ce qui est absurde puisque la fonction $x\mapsto\exp(-x)$ est positive pour tout réel.
  • raoul.S
    Modifié (November 2021)
    le fait qu'une suite d'entiers soit de Cauchy implique qu'elle est stationnaire n'a rien avoir avec la métrique.

    Au contraire, ça dépend de la métrique (de la distance quoi). Il existe des distances sur $\N$ pour lesquelles les suites de Cauchy ne sont pas stationnaires.

    Sinon ta preuve ici est correcte.

  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Autant pour moi alors, c'est la métrique définie sur $\N$ qui nous donne le résultat que je cherche.
  • Oui. Elle se comporte comme la métrique usuelle dans le sens que comme cette dernière elle rend les singletons ouverts. On dit qu'elles sont topologiquement équivalentes (elles ont les mêmes ouverts).
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Soit $(U_{n})_{n}$ une suite convergente dans $(\mathbb{N},d)$. Alors il existe un entier $l \in \mathbb{N}$ tel que pour tout $\epsilon>0$, il existe un entier $N$ tel que $\forall n\geq N$, tous les termes de la suite sont contenus dans la boule $B(l,\epsilon)$.  En particulier pour $\epsilon=\frac{1}{2}$, $u_{n} \in B(l,\frac{1}{2})$ pour $n \geq N$ mais la suite étant constante, la boule $B(l,\frac{1}{2})$ se réduit à un singleton. Donc tout singleton est un ouvert.
    Désolé je viens de voir ta réponse raoul.S 
  • raoul.S
    Modifié (November 2021)
    Gon, tu n'as pas besoin de parler de suites pour prouver que tous les singletons sont ouverts. D'ailleurs ton argument est plutôt bizarre.
    Il suffit de garder la dernière partie de ton message.

    Ça donne ça : soit $x\in \N$, $B(x,\frac{1}{2})$ est un ouvert (car les boules ouvertes sont... ouvertes) qui est égal à $\{x\}$. Donc les singletons sont ouverts. On pourrait ajouter, question de faire bonne mesure, donc tout sous-ensemble de $\N$ est ouvert pour la distance $d$.
  • Oui tout sous-ensemble sera ouvert. En effet un sous-ensemble de $N$ est dénombrable donc il peut s'écrit comme la réunion dénombrable de singletons qui sont eux ouverts donc il est ouvert.
  • Attention au fait que la dénombrabilité n'intervient pas ici (ne pas confondre avec la notion de tribu en théorie de la mesure). Une union quelconque (pas forcément dénombrable) d'ouverts est ouverte.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Bonsoir , Ah oui c'est vrai lol  :D
    Pour la question 2 je doute de ma preuve, l'argument que j'ai utilisé consistait à translater le centre et non le rayon.
    Est-il possible de l'appliquer dans le cas où il s'agit du rayon qu'on souhaite "perturber"? 

    Ajout: elle est fermée par définition, juste que l'argument n'est pas à sa place.
  • Barjovrille
    Modifié (November 2021)
     Désolé pour la 2 eme question en fait il n'est pas clair que $F_{n+1} \subset F_n$. Si c'était le cas tu aurais pu dire que tu étais dans un espace de Banach donc un espace complet et utiliser la question 1 pour dire que l'intersection des $F_n$ est un singleton et $\bigcap F_n \subset  \bigcap A_n$ pour conclure.
    En fait il faut voir que la condition $A_{n+1} \subset A_n$ donne une inégalité entre $ \lVert x_{n+1} - x_n \rVert$ et $r_{n}-r_{n+1}$. Et avec ça tu pourras prouver que la suite est de Cauchy. Si tu n'arrives pas à voir l'inégalité fais un dessin et demande toi ce qu'il se passe si à partir d'un certain rang les rayons des boules sont constants égaux à $a$. Quel condition faut-il sur les $x_n$ pour que $A_{n+1} \subset  A_n$. Et une fois que tu as prouvé que la suite est de Cauchy utilise le fait que tu sois dans un espace de Banach (donc complet) pour conclure.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Bonsoir, j'ai pu résoudre la question en utilisant cette manière je me disais qu'il fallait bien passer par quelque chose qui mettait en évidence notre espace.
  • Gon
    Gon
    Modifié (November 2021)
    Bon enfin pour la dernière question :
    Montrons que la suite des $(A_{3^k})_{k}$ est décroissante au sens de l'inclusion.
    Déjà, il faut remarquer: 
    On va donner une caractérisation sur les éléments de la boule fermée $A_{3^k}$.
    Soit $y \in \mathbb{N}$.
    $y \in A_{3^k}$ si et seulement si $d(3^k,y)\leq \frac{1}{2}+e^{-2.{3^k}}$:
    deux cas si $y=3^{k}$, on trouve une inégalité vraie
    donc on va regarder le cas où $y \neq 3^{k}$. Alors par définition de $d$, on a $e^{-\lvert 3^{k}-y\rvert} \leq e^{-2.{3^k}}$ (un peu de log ).
    On trouve que $y \geq 3^{k+1}$
    Alors $y \in A_{3^k}$ ssi $y \geq 3^{k+1}$ ou $y=3^{k}$ . Modification après le message de Raoul.S
    Soit $k \geq 0$
    Soit $y \in \mathbb{N}$
    $y \in A_{3^{k+1}}$ ssi $y \geq 3^{k+2} $ ou $y=3^{k+1}$ (selon les cas) donc $y \in  A_{3^k}$.
    Donc la suite est décroissante au sens de l'inclusion.
    Montrer que l'intersection est vide.
    Raisonnons par l'absurde.
    Supposons qu'il est non vide. 
    Par définition, il existe un entier $l$ tel que pour tout $k \in \mathbb{N}$, $l$ est élément de $A_{3^k}$.  Or par caractérisation des éléments de $A_{3^k}$: 
    il existe un entier $l$ tel que pour tout $k \in \mathbb{N}$, $l \geq 3^{k}$. Donc la suite $(3^{k})_{k}$ est majorée. Ce qui est absurde car la suite diverge.
    Conclusion: L'intersection des $A_{3^k}$ est vide.
    Pour la conclusion, est-ce en rapport avec les distances équivalentes ? Je ne comprends pas cette question.
  • raoul.S
    Modifié (November 2021)
    La conclusion du 3.ii) est qu'on ne peut pas généraliser le résultat de la question 2. aux espaces métriques et donc l'hypothèse que $E$ est un espace vectoriel complet ne peut pas être affaiblie.

    Remarque : dans la 3.ii) la suite des rayons $r_n$ décroit vers $1/2$.
    Les espaces métriques sont moins intuitifs que les espace normés.
    Sinon il y a une coquille dans ton post : c'est $y \in A_{3^k}$ ssi $y\geq 3^{k+1}$ ou $y=3^k$.
  • Ah oui faute manipulation des quantificateurs.
    Je reprends donc pour le caractère vide de l'intersection: 
    Si l'intersection des $A_{3^k}$ est non vide, il existe un entier un entier $l$ tel que pour tout $k\geq0$  $l \in A_{3^k}$. 
    donc il existe un entier $l$ tel que pour tout $k \geq 0$, ($y=3^k$ ou $y \geq 3^{k+1})$
    1er cas : $l=3^k$ pour tout entier $k\geq 0$ absurde
    2eme cas: je garde le même argument que le message précédent.
    Mais je ne comprends pas ta remarque Raoul.S 
  • Je remarquais juste que dans la 3.ii) les rayons des boules décroissent vers $1/2$, c'était pour faire le parallèle avec la question 2. On est dans la même situation que dans 2) avec $a=1/2$. L'unique différence est que $E$ n'est pas un espace vectoriel et on voit que dans ce cas l'intersection des $A_n$ peut être vide.
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