Ivan Shishkin, Rye (1878)

Discussions

Densité et convexité

0 messages

Solution

Solution by La chouette aveugle · FR

On peut en effet procéder par récurrence, et montrer que les parties denses et convexes de Rd\mathbb{R}^d sont totales\mathbf{totales}.

Dans le cas où d=1d = 1, les parties convexes sont exactement les intervalles. Si un intervalle est dense, il est nécessairement total. En effet, soit II un intervalle dense, et xRx \in \mathbb{R}. Comme II est dense, ],x[I]-\infty,x[ \cap I n’est pas vide, de même pour I]x,+[I \cap ]x , +\infty [. Il existe ainsi yy et zz dans II tels que y<x<zy < x < z. Puisque II est un intervalle, xIx \in I. Ceci montre le résultat pour d=1d = 1.

Soit d1d \geq 1 tel que l’on a montré que les parties denses de Rd\mathbb{R}^{d} sont totales. Par isomorphisme bicontinu, c’est aussi vrai pour tout R\mathbb{R}-espace vectoriel normé de dimension finie égale à dd. Montrons que c’est vrai pour Rd+1\mathbb{R}^{d+1}. Soit DD une partie convexe et dense de Rd+1\mathbb{R}^{d+1}. Soit HH un hyperplan de Rd+1\mathbb{R}^{d+1}. Il est clair que HDH \cap D est convexe. Si on a montré que HDH \cap D est dense dans HH, alors HD=HH \cap D = H (par l’hypothèse de récurrence), ce qui implique directement que D=Rd+1D = \mathbb{R}^{d+1}.

Montrons que DHD \cap H est dense dans HH. Puisque HH est le noyau d’une forme linéaire (continue) ϕ\phi, on peut donc écrire Rd+1=ϕ1(],0[)Hϕ1(]0,+[)\mathbb{R}^{d+1} = \phi^{-1}(]-\infty,0[) \sqcup H \sqcup \phi^{-1}(]0,+\infty[). Soit xHx \in H, ε>0\varepsilon > 0, et BB la boule ouverte de centre xx et de rayon ε\varepsilon. Par densité de DD, il existe yy et zz dans BDB \cap D tels que ϕ(y)<0\phi(y) < 0 et ϕ(z)>0\phi(z) > 0. Soit γ\gamma le segment qui relie yy à zz. Par le théorème des valeurs intermédiaires, il existe un réel 0<t<10 <t<1 tel que ϕ(γ(t))=0\phi(\gamma(t)) = 0. On déduit alors que le segment γ\gamma rencontre HH en un point ww, mais puisque DD est convexe, wDw \in D. Comme BB est convexe, wBw \in B, ainsi il existe un point de DHD \cap H qui est aussi dans BB, et DHD \cap H est dense dans HH.

No messages yet.