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. 110First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 1125Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 2650Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 5170Advanced / graduateAvancé / master
  5. 7190Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91100Research 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):ERd(\,.\,,F) : E \longrightarrow \mathbb{R} (la distance à FF) passe au quotient modulo FF (i.e. xy\forall x \forall y, xyFd(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:ERN : E \longrightarrow \mathbb{R} qui satisfait tous les axiomes d’une norme, sauf peut-être l’axiome "(x)(N(x)=0x=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)={xXN(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 NN' l’application quotient de NN sur E/K(N)E/K(N). Montrer que NN' 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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