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Programme de mathématiques MP, MPI

Topologie des espaces vectoriels normés

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438 exercices
Texte officiel du programme

Les objectifs de cette section sont les suivants :

  • introduire, dans le cadre des espaces vectoriels normés, le vocabulaire de la topologie ;
  • donner, à travers l’étude des espaces vectoriels normés de dimension finie, un cadre commode pour traiter diverses applications à l’analyse (fonctions vectorielles, équations différentielles linéaires) ;
  • introduire la notion de partie compacte dans un espace vectoriel normé, en soulignant le rôle qu’elle joue dans les résultats d’existence, notamment en matière d’optimisation ;
  • introduire la notion de composante connexe par arcs d’un espace vectoriel normé, qui permet de généraliser le théorème des valeurs intermédiaires et intervient en calcul différentiel ;
  • dégager l’idée fondamentale d’inégalité linéaire, qui apparaît lors de l’étude de la comparaison des normes et de la continuité des applications linéaires, et qui est quantifiée par la notion de norme d’opérateur.

Les notions seront illustrées par des exemples variés. On pourra ainsi travailler dans les espaces $\mathbb{K}^n$, les espaces de polynômes, d’applications linéaires ou de matrices, ainsi que dans divers espaces fonctionnels.

Il convient de souligner le contenu géométrique des notions abordées, notamment à l’aide de nombreuses figures. Lors de l’étude de la connexité par arcs, un dessin pertinent peut valoir preuve.

Les notions d’espace métrique et, a fortiori, d’espace topologique, sont hors programme. Il en est de même des notions de suite de Cauchy et d’espace de Banach.

Dans toute cette section, $\mathbb{K}$ désigne $\mathbb{R}$ ou $\mathbb{C}$.

L1 Analyse Dérivabilité des fonctions réelles solution

Calcul différentiel

Cet exercice traite des notions de dérivées partielles, continuité et différentiabilité.

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Continuité de Fonctions

La fonction \(f\) définie sur \(\R^2\) par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Etude d'un fonction de deux variables

On considère trois fonctions de deux variables \(f\), \(g\) et ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

Etude d'une fonction

Soit la fonction \(f\) définie sur \(\mathcal{D} \subset \R^2\) par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Etude de points critiques et d'ue ligne de niveau

Une usine produit deux types de matériaux, notés \(A\) et \(B\). Si, en une semai ...

L1 Analyse Suite

exo7 1194

Soit \((u_n)_{n\in { \Nn}}\) une suite bornée de nombres réels telle que ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 1488

Soient \(E\) un espace vectoriel euclidien, \(F\) et ...

L2 Algèbre Endomorphisme particulier

exo7 1566

Soit \((E , \langle , \rangle )\) un espace euclidien et ...

L3 Optimisation Fonction convexe

exo7 1731

Soient \(p\) et \(q \in ]0, + \infty[\) tels que ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1740

Soit \(x = (x_1, \cdots x_n) \in \R^n\). On pose ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1741

Représenter graphiquement et déterminer si les ensembles suivants sont des ouverts.

...

L2 Analyse Topologie

exo7 1742

Montrer que toute reunion et toute intersection finie d’ensembles ouverts est un ensemble ouvert. Que peut-on dire des intersections infinies d’ens ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1744

Soit \(f:\R^n\rightarrow \R\) une application continue. Montrer que les trois conditions suivantes sont équivalent ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1745

Dans \(\R^2\) ou \(\R^3\) euclidien muni d’une b.o.n., représenter les ensembles ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1747

Soit l’application ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1754

Les sous-ensembles de \(\R^2\) suivants sont-ils ouverts ? Fermés ? Compacts ? ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1755

On se propose de montrer que tout ouvert de \(\R\) est une réunion d’intervalles ouverts disjoints. On considère d ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1756

Soit \(E\) un espace vectoriel normé. Soient \(A\) et ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1757

Soit \(A\) une partie d’un espace vectoriel normé \(E\). On rappelle que la front ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1758

Soit \(A\) une partie d’un espace vectoriel normé \(E\).

L2 Analyse Topologie

exo7 1760

Soit \(E\) un espace vectoriel normé. Soient \(A\) et ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1761

Soit \(E\) un espace vectoriel normé de dimension finie.

Montrer que tout sous-espace vectoriel de ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1762

Soit \(E\) un espace vectoriel normé. Soit \(A\) une partie non vide et bornée de ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1763

Dans \(\R^2\) euclidien, les ensembles suivants sont-ils compacts ?

L2 Analyse Topologie

exo7 1764

Soit \(E=\R^d\) muni d’une norme \(\|\cdot\|\). On définit la distance d ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1765

Soit \(f:\R^d\rightarrow \R\) une fonction continue telle que ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1766

Soit \((E,\|\cdot\|)\) un espace vectoriel normé. Pour toutes parties \(A\) et ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1767

Soit \((E,\|\cdot\|)\) un espace vectoriel normé. Soit \((x_n)\) une suite conver ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1768

Soit \((E,\|\cdot\|)\) un espace vectoriel normé et \((x_n)_{n\in\N}\) une suite ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1769

Soit \(X\) une partie de \({\Rr}^{2}\); montrer qu’elle est fermée si et seulemen ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1770

Soient \(k\in {\Rr}^{+*},\) ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1771

Soit \(\left( K_{n}\right) _{n\in \Nn^{*}}\) une suite d’ensembles fermés bornés de ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1772

Montrer que l’intersection de deux ensembles ouvert est ouvert, que l’union de deux ensembles fermés est fermée, que cela reste vrai pour un nombre ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1773

Soit \(E\subset {\Rr}^{2}\) un ensemble ; on pose ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1774

Soit \(A\) une partie bornée de \({\Rr}^{2},\) montrer que ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1775

Soit \(C\) une partie convexe de \({\Rr}^{2},\) montrer que ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1776

Classer (pour l’inclusion) les parties : \(\overline{A\cap B}, \overline{A} \cap \overline{B}\) et ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1777

Dans l’espace vectoriel normé \(\R\), chacune des parties suivantes est-elle ouverte ? fermée ?  

...

L2 Analyse Topologie

exo7 1778

Soit \(E\) un evn (espace vectoriel normé). Soit \(A\) une partie de ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1779

Soit \(E\) un evn, \(V\) un sous-espace vectoriel de ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1780

Représenter graphiquement les parties suivantes de \(\R^2\) et dire pour chacune d’elle si c’est un ouvert, un fer ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1781

Déterminer l’adhérence de chacune des parties de \(\R\) suivantes :

L2 Analyse Topologie

exo7 1782

Soient \(A\) et \(B\), deux parties d’un evn ...

L2 Analyse Topologie

exo7 1783

Soit \((u_n)_{n \geq 1}\) une suite réelle. \(\forall n \geq 1\), on pose ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 1784

Étudier l’existence des limites suivantes :

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1786

Soit ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 1787

Déterminer les limites lorsqu’elles existent:

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1790

Étudier la continuité de la fonction \(f_1:\R^2\rightarrow\R\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1792

Soit \(f:{\Rr}^{2}\rightarrow {\Rr}\) telle que ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 1796

Etudier la continuité en \((0,0)\) des fonctions suivantes :