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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 $\mathbb{C}$.

L3 Calcul différentiel Différentielle d'ordre supérieur, formule de Taylor

exo7 6287

Soient \(E_1,E_2\) et \(F\) des espaces normés et ...

L3 Equation différentielle Théorème de Cauchy-Lipschitz

exo7 6333

Soit \(I\) un intervalle ouvert de \(\Rr\), ...

L3 Equation différentielle Système linéaire à coefficients constants

exo7 6339

Montrer que \(\Big(I+{A\over n}\Big)^n\) converge vers \(e^A\) quand ...

L3 Algèbre et géométrie Géométrie différentielle élémentaire de R^n

exo7 6402

Montrer que \(3\) points \(x, y\) et \(z\) sont ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 6409

Le but de cet exercice est d’introduire une topologie sur le groupe linéaire \(GL(E).\) Soit ...

L3 Algèbre et géométrie Groupe orthogonal et quaternions

exo7 6411

Rappelons qu’une application \(g\in SO(3)\) est dite retournement si ...

L1 Analyse Continuité, limite et étude de fonctions réelles

exo7 651

Donner un exemple de fonction continue sur \([0,1]\) non lipschitzienne, puis de fonction continue en un seul poin ...

L1 Analyse Continuité, limite et étude de fonctions réelles

exo7 665

Soit \(f\) continue sur \([a,b]\), montrer : ...

L3 Analyse complexe Autre

exo7 6739

Soit \(f\) une fonction continue du quart de plan \(\{x+iy;\ x,y\geq0\}\) dans ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 6775

(D’abord un cas particulier) Dans \(\Rr^3\) on considère les objets suivants : le demi-espace ...

L3 Topologie Théorème du point fixe

exo7 6790

Soit \(I\subset \Rr\) un intervalle fermé borné et soit \(f: I \to I\) une applic ...

L3 Topologie Compacité

exo7 6797

Soit \(K\) un compact contenu dans \(U\) un ouvert de ...

L3 Géométrie différentielle Champ de vecteurs

exo7 6803

Pour la sphère \(S^2\) on considère la carte ...

L3 Topologie Théorème du point fixe

exo7 6805

Soit \(f:\Rr^2 \to \Rr^2\) définie par \(f(x,y) = (x^2-y, x^2 + y^2)\). On défini ...

L3 Topologie Autre

exo7 6807

Soit \(E\) un espace vectoriel normé sur \(\Cc\). On désigne par ...

L3 Géométrie différentielle Champ de vecteurs

exo7 6823

Soit \(Y:\Rr^2 \to \Rr^2\) le champ de vecteurs \(Y(x,y) = (1,1+y^2)\).

L3 Calcul différentiel Extremum, extremum lié solution

exo7 6883

Soit \(E\) un espace vectoriel de dimension finie, \(F\) un fermé non vide de ...

L1 Analyse Continuité, limite et étude de fonctions réelles

exo7 697

\(f:[a,b]\rightarrow {\Rr}\) est à variation bornée si et seulement si : ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions

exo7 7542

Soit \(d\) un entier naturel. Montrer qu’une suite de polynômes ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Extrema d’une fonction sur un domaine fermé

On considère la fonction \(f(x,y)=x^2+2y\) définie sur l’ensemble ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Limite d'une Fonction

On considère la fonction définie par \(f(x,y)=\frac{x^2y}{x^4+y^2}\). De plus on considère la suite de termes géné ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Limite d'une fonction définie sur $\R^2$

Soit \(f \colon \R^2 \to \R\), ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Limite et continuité

Soit la fonction \(g \colon \R^2 \to \R\) définie par : ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Limite et continuité d'une fonction définie sur $\R^2$

Étudier l’existence et le cas échéant, calculer \[\lim_{(x,y) \to (0,0)} \frac{x^2-y^2}{x^2+y^2}\]

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Optimisation avec contrainte

On considère la fonction \(f:\mathbb{R}^2\to\mathbb{R}\) définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Optimisation d'une fonction d'efficacité sur un disque fermé

Dans une zone militaire, l’efficacité de détection d’un radar est modélisée par la fonction : ...

L3 Optimisation Fonction convexe solution

Optimisation sous contrainte (1)

Nous allons ici étudier, pas à pas, la résolution d’une question d’optimisation sous-contraintes. Nous souhaitons déterminer le maximum de la fonct ...

L3 Optimisation Fonction convexe solution

Optimisation sous contrainte (2)

Soient \(a\) et \(b\) deux réels strictement positifs. En réutilisant la méthode ...

L2 Analyse Topologie solution

Ouverts et fermés dans $\R$

Déterminer si les ensembles suivants sont ouverts ou fermés dans \(\R\).

...

L2 Analyse Topologie solution

Ouverts et fermés dans $\R^2$

Déterminer si les ensembles suivants sont ouverts ou fermés dans \(\R^2\).

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Question d'optimisation

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

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Recherche d'extremum d'une fonction de deux variables

Soit \(f : \Rr ^2\rightarrow \Rr\) l’application ...

L2 Analyse Topologie solution

Représentation graphique de sous-ensembles de $\mathbb{R}^2$

Représenter graphiquement les sous-ensembles suivants de \(\mathbb{R}^2\). Lesquels sont des ouverts ? Aucune just ...

L2 Analyse Topologie solution

Étude d'un domaine de $\R^2$

Soit \(D = \{(x,y) \in \R^2 \, , \, x > 0 \, , \, x+y \leq 0\}\) un domaine de ...

L2 Analyse Topologie solution

Étude d'un domaine de $\R^2$

Soit \(D = \{(x,y) \in \R^2 \, , \, y \geq 0 \, , \, x-y > 0\}\) un domaine de ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Étude d'une fonction

Soit \(f \colon \mathbb{R}^2 \to \mathbb{R}\) une fonction définie par ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Étude d'une fonction de deux variables

Soit la fonction \(f \colon \R^2 \to \R\) définie par : ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

Étude des extremums d'une fonction de deux variables

On considère la fonction \(f\) définie par \(f(x,y)=x^2+y\) sur l’ensemble : ...