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.
1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
Supposons f discontinue en a : il existe ε>0 et une suite xk→a, avec xk=a, telle que ∥f(xk)−f(a)∥⩾εpour tout k.Pour j⩾1, posons Sj=⋃k⩾j[xk,a]. Cet ensemble est connexe, tous les segments contenant a ; il est compact, car borné et fermé, donc n’est adhérent qu’à la réunion finie des segments de longueur ⩾δ, qui est fermée. Enfin diam(Sj)⩽2k⩾jsup∥xk−a∥j→∞0.Fixons ρ0=ε/2 et ρj=ρ0(1−j1), suite strictement croissante vers ρ0, avec ρj<ρ0 pour tout j.
L’image f(Sj) est connexe et contient f(a), à distance 0<ρj de lui-même, ainsi que f(xj), à distance ⩾ε>ρj. Une partie connexe rencontrant la boule ouverte B(f(a),ρj) et l’ouvert complémentaire de la boule fermée rencontre nécessairement la sphère, faute de quoi ces deux ouverts la sépareraient. Il existe donc yj∈Sjavecf(yj)−f(a)=ρj.Comme yj∈Sj et a∈Sj, on a ∥yj−a∥⩽diam(Sj)→0, donc yj→a.
Posons enfin K={yj:j⩾1}∪{a}, qui est compact. Les f(yj) vivent dans un compact , donc une sous-suite converge vers un c vérifiant ∥c−f(a)∥=limρji=ρ0. Ainsi c=f(a), et c=f(yj) pour tout j puisque ρj=ρ0. Donc c∈/f(K) alors que c∈f(K) : l’ensemble f(K) n’est pas fermé, donc pas compact, contredisant l’hypothèse. ■