Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/OtherExercise

Cet ensemble est il connexe par arcs ?

by SalixBabylonica·
30
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Français

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L’ensemble suivant est-il connexe par arcs ?
A={(x,sin⁡ ⁣(1x)) ; x∈ ]0,+∞[}.A = \left\{ \left(x,\sin\!\left(\frac{1}{x}\right)\right) \,;\, x\in\,]0,+\infty[ \right\}.

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Solutions

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Solution by SalixBabylonica

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Montrons que AA est connexe par arcs.
Soient a,b∈Aa,b\in A. Alors il existe α,β>0\alpha,\beta>0 tels que
a=(α,sin⁡(1α)),b=(β,sin⁡(1β)).a=\left(\alpha,\sin\left(\frac{1}{\alpha}\right)\right), \qquad b=\left(\beta,\sin\left(\frac{1}{\beta}\right)\right).Posons γ:0,1⟶A\gamma : 0,1\longrightarrow A définie par
γ(t)=((1−t)α+tβ,sin⁡ ⁣(1(1−t)α+tβ)).\gamma(t) = \left( (1-t)\alpha+t\beta, \sin\!\left(\frac{1}{(1-t)\alpha+t\beta}\right) \right).Comme α>0\alpha>0 et β>0\beta>0, on a
(1−t)α+tβ>0,∀t∈[0,1].(1-t)\alpha+t\beta>0, \qquad \forall t\in[0,1].Ainsi, γ(t)\gamma(t) est bien définie pour tout t∈[0,1]t\in[0,1] et γ(t)∈A.\gamma(t)\in A.
De plus, les applications
t⟼(1−t)α+tβ,x⟼1x,x⟼sin⁡(x)t\longmapsto (1-t)\alpha+t\beta, \qquad x\longmapsto \frac1x, \qquad x\longmapsto \sin(x)sont continues sur leurs domaines respectifs ; par composition, γ\gamma est continue.
Enfin,
γ(0)=(α,sin⁡(1α))=a,\gamma(0) = \left(\alpha,\sin\left(\frac1\alpha\right)\right) = a,et
γ(1)=(β,sin⁡(1β))=b.\gamma(1) = \left(\beta,\sin\left(\frac1\beta\right)\right) = b.Ainsi, γ\gamma est un chemin continu joignant aa à bb dans AA. Par conséquent, AA est connexe par arcs.

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