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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 $\mathbb{C}$.

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 5900

Soit \((E,\|\;\|)\) un espace vectoriel normé et \(B=\{x\in E/\;\|x\| < 1\}\). ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 5902

Maximum du produit des distances d’un point \(M\) intérieur à un triangle \(ABC\) ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6056

Montrer que dans un espace normé, la boule unité est convexe.

Réciproquement, supposons que l’espace vectoriel soit muni d’une application ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6057

On considère dans \({\Rr}^2\), les deux applications ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6058

On considère dans \({\Rr}^2\) les 4 boules euclidiennes fermées de rayon \(1\) ce ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6059

Soit \(N\) un entier \(\geq1\), et \(E\), l’espa ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6068

Soit \(f\) une application continue de \(\R\) dans ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6069

Soit \(f\) une application de \(\R\) dans \(\R\) ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6073

Soit \(E\) et \(F\) deux espaces vectoriels normés et on note ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6077

Soit \(C\) l’espace des fonctions continues réelles sur \([0,1]\) muni de la métr ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6081

Soit \(f\) une application ouverte de \(X\) dans ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6088

Soit \(E\) un espace vectoriel normé sur \(\R\) ou ...

L3 Topologie Espace vectoriel normé

exo7 6089

Soit \(E\) un espace vectoriel normé sur \(\C\) de boule unité fermée ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6116

Montrer que \(\Zz\) et \(\Qq\) (munis de la topologie induite par celle de ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6119

Montrer que le carré unité fermé et le disque fermé dans \({\Rr}^2\) sont homéomorphes.

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6120

Montrer que la boule unité ouverte de \({\Rr}^n\) est homéomorphe à \({\Rr}^n\) t ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6122

Soit \(F\) l’application de \({\Rr}^+\) dans ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6132

Soit \(F\) un fermé de \(\Rr\), et \(f\) une app ...

L3 Topologie Connexité

exo7 6158

Dans \(\Rr^2\) on considère l’ensemble \(A\) des points dont une coordonnée au mo ...

L3 Topologie Connexité

exo7 6163

Soit \(f\) une application continue de \([a,b]\) dans ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6178

Montrer que les sous-groupes compacts du groupe multiplicatif \(\Cc^*\) sont contenus dans ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6179

On rappelle la construction de l’ensemble triadique de Cantor : on part du segment \([0,1]\) dont on supprime l’in ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6180

On considère dans \(M_n(\Rr)\) le sous-ensemble des matrices de déterminant égal à ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6181

Montrer que dans un evn, la boule unité fermée est compacte si et seulement si la sphère unité est compacte.

L3 Topologie Compacité

exo7 6182

Soit \(A\) une partie d’un espace normé \(E\). On note co ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6184

Soit \(f\) une surjection continue de \(\Rr^2\) sur ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6187

Montrer que la boule unité fermée d’un evn de dimension finie est compacte.

L3 Topologie Compacité

exo7 6188

Soit \(E\) un espace vectoriel normé sur \(\Cc\) de boule unité fermée ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6190

On considère une suite \((x_n)\) de \([0,1]\) telle que ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6191

On note \({\mathbb{S}^1}\) le cercle unité dans \({\Rr}^2\), et ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6192

Démontrer de plusieurs façons que le cercle unité \(\mathbb{S}^1\subset\Rr^2\) est compact.

L3 Topologie Compacité

exo7 6194

Soit \(E\) un espace normé, \(X\) et \(Y\) deux ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6195

Soit \(E\) un espace normé, \(X\) et \(Y\) deux ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6196

Soit \(K\) un convexe compact symétrique de \(\Rr^n\) contenant ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6197

Trouver l’ensemble des valeurs d’adhérence quand \(x\to 0\) de ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6199

Soit \(A\) une partie d’un espace normé \(E\). On note co ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6200

Soit \(E=C_b(\Rr)\) muni de la norme uniforme; pour \(f\in E\), on note ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6202

Soit \(K\) un convexe compact de \(\Rr^2\).

L3 Topologie Application linéaire bornée

exo7 6204

On désigne par \(E\) l’espace \(C([-1,1])\) muni de la norme uniforme et par ...

L3 Topologie Application linéaire bornée

exo7 6205

Soit \(E=C([0,1])\), \(\mu(x)=\int_0^1 x(t)\ dt\), ...

L3 Topologie Application linéaire bornée

exo7 6206

On désigne par \(E\) l’espace \(C([0,1])\) muni de la norme uniforme et l’opérate ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 6207

Soit \(K\) un compact convexe d’un evn \(E\). Soit ...

L3 Topologie Application linéaire bornée

exo7 6208

Montrer que pour tout \(x\in\Rr^n\), ...

L3 Topologie Application linéaire bornée

exo7 6209

Sur \(M_n(\Rr)\) on note \(|A|=\sup_{||x||\leq1}||Ax||\) la norme opérateur de la ...

L3 Topologie Théorème du point fixe

exo7 6237

Soit \(a,b\in E\) evn, ...

L3 Topologie Théorème du point fixe

exo7 6239

On désigne par \(E\) l’espace \(C([0,1])\) muni de la norme uniforme et l’opérate ...

L3 Topologie Théorème du point fixe

exo7 6240

On considère \(T:C([0,1])\to C([0,1])\) qui à \(f\) associe ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6251

On considère \(l^1\) et \(l^2\) les espaces de suites réelles absolument et de ca ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 6258

Soit \(E\) et \(F\) deux evn sur \(\Cc\). Une ap ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 6263

Soit \(\Omega\) un ouvert convexe de \(\Rr^n\) et ...