« Espaces vectoriels normés/Définitions - Éléments de Topologie » : différence entre les versions

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{{Définition
| titre = Définition : Norme d'espaced’espace vectoriel
| contenu =
Une '''norme sur <math>E</math>''' est une application <math>\|.\| : E \to \R^+</math> telle que <math>\forall x,y\in E , \;\forall \lambda\in \R</math>:
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'''Exemples :'''
* Dans <math>\R</math> , l'applicationl’application valeur absolue définit une norme.
* Sur <math>\R^n \; (n\in\N)</math>, les trois normes les plus classiques sont :
** <math>\|\cdot\|_1 : x =(x_1,\ldots,x_n)\mapsto \|x\|_1 = \sum_{i=1}^n |x_i|</math> ;
** <math>\|\cdot\|_2 : x =(x_1,\ldots,x_n)\mapsto \|x\|_2 = \sqrt{\sum_{i=1}^n x_i^2}</math> : c'estc’est la norme euclidienne ;
** et plus généralement <math>\forall p\in\N, \; \|\cdot\|_p : x =(x_1,\ldots,x_n)\mapsto \|x\|_p = \sqrt[p]{\sum_{i=1}^n x_i^p}</math> ;
** <math>\|\cdot\|_\infty : x =(x_1,\ldots,x_n)\mapsto \|x\|_\infty = \sup_i|x_i|.</math>
* Sur l'espacel’espace fonctionnel <math>\mathcal C^0([a;b];\R)</math> des [[Fonctions d'uned’une variable réelle/Continuité|fonctions continues]] sur un compact non vide <math>[a,b]</math> à valeurs dans <math>\R</math>, on définit aussi :
** <math>\forall p\in\N, \; \|\cdot\|_p : f \mapsto \|f\|_p = \sqrt[p]{\int_a^b |f(x)|^p \mathrm{d}x}</math> ;
** <math>\|\cdot\|_\infty : f \mapsto \|f\|_\infty = \sup_{x\in[a,b]} |f(x)|</math> : on parle de norme "infini" ou norme "sup" ou '''norme de la [[Suites et séries de fonctions/Suites de fonctions|convergence uniforme]]'''.
 
À partir d'uned’une norme, on définit la distance entre deux vecteurs par :
 
{{Définition
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<center>{{Encadre|contenu=<math>d(x,y) = \|x-y\|.</math>}}</center>}}
 
Il s'agits’agit bien d'uned’une distance, puisqu'elle vérifie [[Topologie générale/Espace métrique|les trois axiomes de distance]].
 
On démontre, comme dans <math>\R</math>, la ''deuxième inégalité triangulaire'' :
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| titre = Définition : Équivalence de normes
| contenu =
Soient <math>\|\cdot\|_1</math> et <math>\|\cdot\|_2</math> deux nomes sur un même e.v.n. <math>E</math>. On dit que <math>\|\cdot\|_1</math> est '''équivalente''' à <math>\|\cdot\|_2</math> s'ils’il existe deux réels <math>\alpha</math> et <math>\beta</math> tels que :
<center>{{Encadre|contenu=<math>\forall x\in E\quad\alpha \|x\|_1\le \|x\|_2 \le \beta\|x\|_1.</math>}}</center>}}
 
La relation « est équivalente à » est une relation d'équivalence sur l'ensemblel’ensemble des normes sur <math>E</math>, car deux normes sont équivalentes si et seulement si les distances associées sont équivalentes, c'estc’est-à-dire engendrent la même [[topologie]].
 
'''Exemple :''' sur <math>\R^n</math>, toutes les normes sont équivalentes.
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{{Définition
| titre = Définitions : Boules d'und’un evn
| contenu =
Soient <math>x\in E</math> et <math>r\in \R^+_*</math>.<br />
* La''' boule ouverte de centre <math>x</math> et de rayon <math>r</math>''' est l'ensemblel’ensemble :
<center><math>\mathcal {B_O}(x,r) = \{y\in E| \|x-y\| < r\}</math></center>
* La''' boule fermée de centre <math>x</math> et de rayon <math>r</math>''' est l'ensemblel’ensemble :
<center><math>\mathcal {B_F}(x,r) = \{y\in E| \|x-y\| \le r\}</math></center>}}
 
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Le vocabulaire topologique est souvent très imagé (voisinage,ouvert,etc.) et finalement assez naturel.
{{Définition
| titre = Définition : Voisinage d'und’un point
| contenu =
Soit <math>x\in E</math>.<br />
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{{Définition
| titre = Définitions : Ouverts et fermés d'und’un evn
| contenu =
Soit <math>A\subset E</math>.<br />
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| contenu =
Soit <math>A\subset E</math>.<br />
* Un point <math>x\in A</math> est dit '''intérieur à <math>A</math>''' si, et seulement si, il existe un voisinage de <math>x</math> distinct de <math>A</math> entièrement contenu dans <math>A</math>.<br /> '''L'intérieurL’intérieur de <math>A</math>''' est l'ensemblel’ensemble, noté <math>\stackrel{\ \circ}{A}</math>, des points intérieurs à <math>A</math>.
* Un point <math>x\in A</math> est dit '''adhérent à <math>A</math>''' si, et seulement si, tout voisinage de <math>x</math> rencontre <math>A</math>.<br /> '''L'adhérenceL’adhérence de <math>A</math>''' est l'ensemblel’ensemble, noté <math>\bar{A}</math>, des points adhérents à <math>A</math>.
* '''La frontière de <math>A</math>''' est l'ensemblel’ensemble, noté <math>\mathrm{Fr}(A)</math>, défini par :
<center><math>\mathrm{Fr}(A) = \bar A - \stackrel{\ \circ}{A}</math></center>.}}
 
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| contenu =
[[Fichier:Otoczenia.svg|400 px|center]]
Sur l'imagel’image ci-dessus, si on appelle <math>A</math> l'ensemblel’ensemble "informe" en vert clair, alors :
* les points <math> W</math> et <math>B</math> sont adhérents à <math>A</math>, mais pas <math>Z</math> ;
* seul le point <math>W</math> est intérieur à <math>A</math> ;
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Cela signifie donc que tout ouvert non vide de <math>B</math> contient un point de <math>A</math>.
 
Intuitivement, les parties denses d'und’un espace sont donc des parties qui sont très grosses : on ne peut pas les éviter.
 
{{Exemple
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{{Définition
| titre = Définitions : Points isolés et d'accumulationd’accumulation
| contenu =
Soit <math>A\subset E</math>.<br />
* <math>x\in A</math> est un '''point d'accumulationd’accumulation de <math>A</math>''' si, et seulement si, tout voisinage de <math>x</math> contient un point de <math>A</math> distinct de <math>x</math>.
* Un point de <math>A</math> est '''isolé''' si, et seulement si, il ne s'agits’agit pas d'und’un point d'accumulationd’accumulation de <math>A</math>.}}
 
== Premières propriétés topologiques ==
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* <math>E</math> et <math>\varnothing</math> sont les seules parties de <math>E</math> à être à la fois ouvertes et fermées.
* Une boule ouverte (resp. fermée) est bien sûr un ouvert (resp. un fermé).
* La réunion et l'intersectionl’intersection '''finie''' de 2 ouverts est un ouvert.}}
Pour l'intersectionl’intersection infinie, le résultat est faux (sur <math>\R</math> , on peut prendre <math>\bigcap_{n=1}^{+\infty} \left]-\frac{1}{n};\frac{1}{n}\right[ = \{0\}</math> qui est fermé...).
 
(à finir)