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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 Topologie Continuité, uniforme continuité solution

exo7 2357

Montrer que \(f\) est continue si et seulement si ...

L3 Topologie Continuité, uniforme continuité

exo7 2359

Soit \(f\) une fonction continue de \(]0,1[\) dans ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2361

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

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2362

Soient \(E\) et \(F\) deux espaces normés et ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2363

Soient \(E\) et \(F\) deux espaces normés réels et ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2364

Calculer la norme des opérateurs suivants:

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2365

Soit \(X = \Rr[x]\) l’ensemble des polynômes. Pour ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2366

Soit \(l^\infty\) l’espace des suites réelles muni avec la norme uniforme, i.e. ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2367

Soit \(X\) un espace normé, \(L:X\to \Rr\) une form ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2368

Soit \(X={\cal C}([0,1])\) avec la norme \(\| f\| = \int _0^ 1 |f(t)|\, dt\). Mon ...

L3 Topologie Application linéaire bornée solution

exo7 2369

Soit \(X = \{f\in {\cal C}(\Rr ) \; ; \; (1+x^ 2 ) |f(x)| \text{ soit bornée}\}\). On pose ...

L3 Topologie Compacité solution

exo7 2371

Montrer qu’une suite convergente et sa limite forment un ensemble compact.

L3 Topologie Compacité solution

exo7 2372

Soient \(K,F\subset \Rr^n\) des parties non vides, \(K\) compact et ...

L3 Topologie Compacité solution

exo7 2376

Soit \(E\) un espace normé. Si \(A\) et \(B\) so ...

L3 Topologie Compacité solution

exo7 2377

Soit \(f:\Rr^n \to \Rr^n\) une application continue. Elle est dite propre si pour tout compa ...

L3 Topologie Compacité solution

exo7 2378

Soit \(E =\{ f:[0,1] \rightarrow \Rr \;\; \text{continue} \}\). On munit \(E\) de ...

L3 Topologie Théorème de Baire

exo7 2394

On sait que \(l^1\) est inclus dans \(l^2\) (au fait pourquoi ?) mais n’est pas f ...

L3 Topologie Théorème du point fixe solution

exo7 2406

Soit \(X = ({\cal C}^1([0,1]),N)\) avec \(N(f) = \|f\|_\infty+\|f'\|_\infty\) ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 2426

On considère l’espace vectoriel \(\R^n\) (\(n \ge 2\)), et ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 2460

Identité du parallélogramme

Soit \(E\) un \(\R\)-espace vecto ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2494

Montrez que \(d(x,y)=|x-y|\) est bien une distance sur l’ensemble des réels.

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2495

Décrire la boule de centre l’origine et de rayon \(1\) dans les espaces suivants:

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2498

Soient \(E\) et \(F\) deux espaces normés réels et ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2499

Soient \(||.||_1\) et \(||.||_2\) deux normes sur ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles solution

exo7 2501

Calculez la norme des opérateurs suivants:

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2502

Soit \(X={\mathcal C}([0,1])\) avec la norme \(||f||=\int_0^1 |f(t)|dt\). Montrez ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2512

Soit \(X= {\cal C} ([0,1])\) muni de la norme uniforme et soit \(f\) une applicat ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2514

Que peut-on dire de la différentiabilité de l’application \(f:\Rr^2 \to \Rr\) définie par ...

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2515

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

L3 Calcul différentiel Différentiabilité, calcul de différentielles

exo7 2522

Soit \(f\) une application différentiable de \(]a,b[\subset\Rr\) dans ...

L2 Analyse Topologie solution

exo7 2617

Déterminer si chacune des parties suivantes du plan sont ouvertes ou fermées, ou ni l’un ni l’autre. Déterminer chaque fois l’intérieur et l’adhére ...

L2 Analyse Topologie solution

exo7 2618

Soient \(B_1\subset \R^n\) et \(B_2\subset \R^m\) des boules ouvertes. Montrer qu ...

L2 Analyse Topologie solution

exo7 2619

Soit \((A_n)\) (\(n\in\N\)) une suite de parties ouvertes de ...

L2 Analyse Topologie solution

exo7 2620

Soit \(A=\{(t,\sin\frac1t)\in\R^2 ; t>0 \}\). Montrer que \(A\) n’est ni ouver ...

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables solution

exo7 2621

Pour chacune des suites \((u_n)_n\) dans le plan \(\R^2\) ci-dessous, placer quel ...

L2 Analyse Topologie

exo7 2647

Soit \(D\) un sous-ensemble de \(\R^n\).

L2 Analyse Fonction de plusieurs variables

exo7 2649

On considère une suite \((u_n)_n\), de terme général \(u_n\in\R^2\).

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 2671

Sur l’espace \(\R^n\), définir une distance \(d\), telle que ...

L1 Analyse Série numérique

exo7 2721

Soit \((u_n)\) la suite définie par \(u_0 \in ]0,1[\) donné et ...

L1 Analyse Propriétés de R

exo7 3061

Soit \(f : \R \to \R\) un morphisme de corps.

L1 Algèbre Matrice solution

exo7 3389

Soit \(A = (a_{ij}) \in \mathcal{M}_n(\R)\) avec : ...

L2 Algèbre Réduction d'endomorphisme, polynôme annulateur solution

exo7 3623

Soit \(E\) un ev de dimension finie et \((u_n)\) une suite d’endomorphismes diago ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3663

Soit \(E\) un espace vectoriel euclidien. On pose pour \(\vec x \ne \vec 0\) : ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3664

Soit \(E\) un espace euclidien.

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 3668

Soit \(E\) un espace vectoriel euclidien et \(p \in \mathcal{L}(E)\) une projecti ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3675

Soient \(E\) espace vectoriel euclidien, \(\vec a \in E\) et ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 3742

Soit \(E\) un espace euclidien de dimension \(n\). Soit ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé

exo7 3758

Soit \(E\) un \(\R\)-espace vectoriel de dimension finie et ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3759

Soit \(f : {\R^n} \to {\R^n}, {(x_1,\dots,x_n)} \mapsto {(x_1-x_n,x_2-x_1,\dots,x_n-x_{n-1}).}\) Avec la structure ...

L2 Algèbre Espace euclidien, espace normé solution

exo7 3760

\({\cal O}_n(\Q)\) est-il dense dans \({\cal O}_n(\R)\) ?