Ivan Shishkin, Birch Grove

Théorème de Mycielski

Theorem / Topology / Stub

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Énoncé

Soit PP un espace polonais parfait et CP2C \subset P^{2} un sous-ensemble comaigre. Alors il existe une injection continue ι:2ωP\iota : 2^{\omega} \longrightarrow P telle que pour tous αβ\alpha \neq \beta, (ι(α),ι(β))C(\iota(\alpha),\iota(\beta)) \in C.

Démonstration

Soit (On)n(O_n)_n une suite d’ouverts denses de PP tels que nOnC\bigcap_n O_n \subset C. Pour montrer ce fait, on construit un schéma de Cantor convergent (Fs)s(F_s)_{s} qui satsifait les propriétés supplémentaires :

(i)(i) pour tout s2<ωs \in 2^{<\omega}, FsF_{s} est un ouvert non vide de PP,
(ii)(ii) pour tout entier naturel nn et pour tout s,l2<ωs,l \in 2^{<\omega} de longueur nn et tels que sls \leqslant l (pour l’ordre lexicographique), Fs×FlknOkF_{s} \times F_{l} \subset \bigcap_{k\leqslant n} O_{k}.

On pose F=O0F_{\emptyset} = O_{0}. Supposons le schéma construit jusqu’aux suites finies ss de longueur nn. Soit (si)i(s_{i})_{i} une énumération (finie) des suites longueurs n+1n+1. Soit x,yx,y deux poins distincts de Fs0F_{s_{0}} (on peut les choisir ainsi puisque PP est parfait). Soit UxU_{x} et UyU_{y} des vosinages de xx et de yy (respectivement) disjoints. Comme kn+1Ok\bigcap_{k \leqslant n+1}O_{k} est dense dans P2P^2, Ux×Uykn+1OkU_{x} \times U_{y} \cap \bigcap_{k \leqslant n+1}O_{k} \neq \varnothing. On choisit alors (x,y)(x',y') dans cette intersection, ainsi que UxU_{x'} et UyU_{y'} des voisinages (respectifs) de xx' et de yy', disjoints, tels que Ux×UyUx×Uykn+1Okkn+1OkU_{x'} \times U_{y'} \subset U_{x} \times U_{y} \cap \bigcap_{k \leqslant n+1}O_{k} \subset \bigcap_{k \leqslant n+1}O_{k}. On choisit les diamètres de UxU_{x'} et UyU_{y'} assez petits pour respecter la convergence du schéma que l’on construit. On pose donc Fs00=defUxF_{s_{0} \frown 0} \stackrel{\mathrm{def}}{=} U_{x'} et Fs01=defUyF_{s_{0}\frown 1} \stackrel{\mathrm{def}}{=} U_{y'}.

Soit ensuite z,wFs1z,w \in F_{s_{1}} tous deux ditincts. En recommençant le procédé précédent avec la paire (x,z)(x',z) (au lieu de (x,y)(x,y)), puis à nouveau avec (y,z)(y',z), (x,w)(x',w), (y,w)(y',w) et enfin(z,w)(z,w), on construit Fs10F_{s_{1} \frown 0} et Fs11F_{s_{1}\frown 1} tels que (i)(i) et (ii)(ii) soient respectés. On continue ainsi avec s2s_{2}, s3s_{3} et ainsi de suite. Puisque ce procédé est fini, les sous-ensembles obtenus à la fin seront toujours ouverts, et le schéma est construit.

L’injection associée au schéma est une candidate pour ι\iota.

Remarques
  • Ce théorème permet de de démontrer d’importants résultats sur les relations d’équivalence maigres (voir exercice lié).
  • On peut interpréter CC comme un graphe, et voir que le théorème porte sur les graphes orientés comaigres sur un polonais PP.
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