Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Normed vector spaceExerciseUnreviewed

Espaces vectoriel normés quotient et semi-normes

by La chouette aveugle·
55
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

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  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
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Français

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Soit (E,∥.∥)(E,\lVert.\rVert) un espace vectoriel. Soit FF un sous-espace vectoriel de EE.

(1)(\mathbf{1}) Montrer que l’application d( . ,F):E⟶Rd(\,.\,,F) : E \longrightarrow \mathbb{R} (la distance à FF) passe au quotient modulo FF (i.e. ∀x∀y\forall x \forall y, x−y∈F⇒d(x,F)=d(y,F)x-y \in F \Rightarrow d(x,F) = d(y,F)). On note N‾\overline{N} l’application quotient de d( . ,F)d(\,.\,,F) sur E/FE/F.
(2)(\mathbf{2}) Montrer que N‾\overline{N} est une norme si et seulement si FF est fermé.
(3)(\mathbf{3}) On suppose que FF est fermé, et que EE est un espace de Banach. Montrer que l’espace normé (E/F,N‾)(E/F,\overline{N}) est un espace de Banach.

On appelle semi-norme\textbf{semi-norme} sur EE toute application N:E⟶RN : E \longrightarrow \mathbb{R} qui satisfait tous les axiomes d’une norme, sauf peut-être l’axiome "(∀x)(N(x)=0⇒x=0)(\forall x)(N(x) = 0 \Rightarrow x = 0)". On appelle espace semi-normeˊ\textbf{espace semi-normé} tout espace vectoriel EE munit d’une semi-norme NN.

(4)(\mathbf{4}) Montrer que l’application N‾\overline{N} de la question (1)(\mathbf{1}) est une semi-norme sur E/FE/F.
(5)(\mathbf{5}) Soit (X,N)(X,N) un espace semi-normé. Soit K(N)={x∈X∣N(x)=0}K(N) = \lbrace x \in X \mid N(x) = 0\rbrace. Montrer que K(N)K(N) est un sous-espace vectoriel de XX.
(6)(\mathbf{6}) Montrer que l’application NN passe au quotient modulo K(N)K(N). On note N′N' l’application quotient de NN sur E/K(N)E/K(N). Montrer que N′N' est une norme sur E/K(N)E/K(N).

Remarque :

Les trois derniers points de cet exercice répondent à la question qui émerge naturellement après le point (2)\mathbf{(2)} : "que faire si FF n’est pas fermé dans EE ?".

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