- Montrons par récurrence que nA+C⊂nB+C. Le cas n=1 est précisément l’hypothèse A+C⊂B+C. Soit n≥1 et supposons l’inclusion vraie au rang n. Alors
(n+1)A+C=nA+A+C⊂nA+B+C⊂nB+B+C=(n+1)B+C.L’inclusion est donc vraie pour tout n≥1.
Soit maintenant a∈A et c∈C. On peut choisir un tel c∈C car C est non vide. Pour tout n≥1, on a na+c∈nA+C⊂nB+C. Il existe donc des (bk)1≤k≤n dans B et cn∈C tels que
na+c=k=1∑nbk+cn.En divisant par n, on réécrit a=βn+(cn−c)/n, où βn est le barycentre des (bk). La convexité de B assure que βn∈B. Puisque C est borné, la suite (cn−c) est bornée, et par conséquent (cn−c)/n tend vers 0. Ainsi (βn) tend vers a. Or B est fermé et βn∈B pour tout n≥1, donc a∈B. Comme a était arbitraire, on conclut que A⊂B.
- Pour un contre-exemple, considérer A=[0,1], B={0,1} et C=[0,1]. On a bien A+C=B+C=[0,2] mais pas A⊂B.
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