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• Donne l’existence de fonctions qui sont difficiles à construire et à visualiser. Exemple: fonctions dérivables nulle part monotones (C. Weil 1976).

• Donne une notion d’ensemble générique (i.e. large) d’un point de vue topologique.

Théorème

Tout espace métrisable complet est de Baire, c’est-à-dire toute intersection dénombrable d’ouverts denses est dense.

Définition

Une partie d’un espace de Baire estrésiduel s’il contient une intersection

dénombrable d’ouverts denses.

• Tout ensemble résiduel est dense.

• Le complémentaire d’un ensemble résiduel est contenu dans une union dénombrable de fermés d’intérieur vide. On dit qu’il estmaigre ou de première catégorie.

Théorème de Baire

• Donne l’existence de fonctions qui sont difficiles à construire et à visualiser. Exemple: fonctions dérivables nulle part monotones (C. Weil 1976).

• Donne une notion d’ensemble générique (i.e. large) d’un point de vue topologique.

Théorème

Tout espace métrisable complet est de Baire, c’est-à-dire toute intersection dénombrable d’ouverts denses est dense.

Définition

Une partie d’un espace de Baire estrésiduel s’il contient une intersection

dénombrable d’ouverts denses.

• Tout ensemble résiduel est dense.

• Le complémentaire d’un ensemble résiduel est contenu dans une union dénombrable de fermés d’intérieur vide. On dit qu’il estmaigre ou de première catégorie.

Théorème de Baire

• Donne l’existence de fonctions qui sont difficiles à construire et à visualiser. Exemple: fonctions dérivables nulle part monotones (C. Weil 1976).

• Donne une notion d’ensemble générique (i.e. large) d’un point de vue topologique.

Théorème

Tout espace métrisable complet est de Baire, c’est-à-dire toute intersection dénombrable d’ouverts denses est dense.

Définition

Une partie d’un espace de Baire estrésiduel s’il contient une intersection

dénombrable d’ouverts denses.

• Tout ensemble résiduel est dense.

• Le complémentaire d’un ensemble résiduel est contenu dans une union dénombrable de fermés d’intérieur vide. On dit qu’il estmaigre ou de première catégorie.

Théorème de Baire

• Donne l’existence de fonctions qui sont difficiles à construire et à visualiser. Exemple: fonctions dérivables nulle part monotones (C. Weil 1976).

• Donne une notion d’ensemble générique (i.e. large) d’un point de vue topologique.

Théorème

Tout espace métrisable complet est de Baire, c’est-à-dire toute intersection dénombrable d’ouverts denses est dense.

Définition

Une partie d’un espace de Baire estrésiduel s’il contient une intersection

dénombrable d’ouverts denses.

• Tout ensemble résiduel est dense.

• Le complémentaire d’un ensemble résiduel est contenu dans une union dénombrable de fermés d’intérieur vide. On dit qu’il estmaigre ou de première catégorie.

Théorème de Baire

• Donne l’existence de fonctions qui sont difficiles à construire et à visualiser. Exemple: fonctions dérivables nulle part monotones (C. Weil 1976).

• Donne une notion d’ensemble générique (i.e. large) d’un point de vue topologique.

Théorème

Tout espace métrisable complet est de Baire, c’est-à-dire toute intersection dénombrable d’ouverts denses est dense.

Définition

Une partie d’un espace de Baire estrésiduel s’il contient une intersection

dénombrable d’ouverts denses.

SoitC([0, 1])l’ensemble des fonctions continues sur[0, 1]. Sur cet espace, on définit la normek · kpar

kfk := sup

x∈[0,1]|f(x)|, ∀f ∈ C([0, 1]).

Muni de cette norme,C([0, 1])est un espace complet.

Lemme

Les polynômes forment une partie dense deC([0, 1]), i.e. pour toutf ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)n∈Nde polynômes qui converge uniformément versf sur[0, 1].

Les polynômes de Bernstein

Pn(x) = n X k=0 f k n  Cnkxk(1− x)n−k conviennent.

SoitC([0, 1])l’ensemble des fonctions continues sur[0, 1]. Sur cet espace, on définit la normek · kpar

kfk := sup

x∈[0,1]|f(x)|, ∀f ∈ C([0, 1]).

Muni de cette norme,C([0, 1])est un espace complet.

Lemme

Les polynômes forment une partie dense deC([0, 1]), i.e. pour toutf ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)n∈Nde polynômes qui converge uniformément versf sur[0, 1].

Les polynômes de Bernstein

Pn(x) = n X k=0 f k n  Cnkx k (1− x)n−k conviennent.

Théorème (Banach - Mazurkiewicz, 1931)

L’ensembleN Ddes fonctions continues et nulle part dérivables sur[0, 1]est résiduel dansC([0, 1]).

Preuve. Sifest dérivable enx, on a sup y∈[0,1] |f(y) − f(x)| |y − x| < +∞. Il s’ensuit que {N D ⊆ [ n∈N0 Fn, où

Fn=f ∈ C([0, 1]) : ∃x ∈ [0, 1]tel que|f(y) − f(x)| ≤ n|y − x| ∀y ∈ [0, 1] .

Théorème (Banach - Mazurkiewicz, 1931)

L’ensembleN Ddes fonctions continues et nulle part dérivables sur[0, 1]est résiduel dansC([0, 1]).

Preuve. Sifest dérivable enx, on a sup y∈[0,1] |f(y) − f(x)| |y − x| < +∞. Il s’ensuit que {N D ⊆ [ n∈N0 Fn, où

1.Fnest fermé dansC([0, 1])

Soit(fk)k∈Nune suite deFnqui converge versf dansC([0, 1]). Est-ce quef ∈ Fn?

Puisquefk∈ Fn,

∃xk ∈ [0, 1] tel que |fk(y)− fk(xk)| ≤ n|y − xk| ∀y ∈ [0, 1].

Comme la suite(xk)k∈Nest bornée, on peut en extraire une sous-suite(xm(k))k∈N

convergente. Notonsx∈ [0, 1]sa limite. Alors |f(y) − f(x)|

≤ |f(y) − fK(y)| + |fK(y)− fK(xK)| + |fK(xK)− f(xK)| + |f(xK)− f(x)|

≤ 2kf − fKk + n|y − xK| + |f(xK)− f(x)|.

SiK = m(k)→ +∞, on obtient

|f(y) − f(x)| ≤ n|y − x|, d’oùf ∈ Fn.

1.Fnest fermé dansC([0, 1])

Soit(fk)k∈Nune suite deFnqui converge versf dansC([0, 1]). Est-ce quef ∈ Fn?

Puisquefk∈ Fn,

∃xk ∈ [0, 1] tel que |fk(y)− fk(xk)| ≤ n|y − xk| ∀y ∈ [0, 1].

Comme la suite(xk)k∈Nest bornée, on peut en extraire une sous-suite(xm(k))k∈N

convergente. Notonsx∈ [0, 1]sa limite.

Alors |f(y) − f(x)|

≤ |f(y) − fK(y)| + |fK(y)− fK(xK)| + |fK(xK)− f(xK)| + |f(xK)− f(x)|

≤ 2kf − fKk + n|y − xK| + |f(xK)− f(x)|.

SiK = m(k)→ +∞, on obtient

|f(y) − f(x)| ≤ n|y − x|, d’oùf ∈ Fn.

1.Fnest fermé dansC([0, 1])

Soit(fk)k∈Nune suite deFnqui converge versf dansC([0, 1]). Est-ce quef ∈ Fn?

Puisquefk∈ Fn,

∃xk ∈ [0, 1] tel que |fk(y)− fk(xk)| ≤ n|y − xk| ∀y ∈ [0, 1].

Comme la suite(xk)k∈Nest bornée, on peut en extraire une sous-suite(xm(k))k∈N

convergente. Notonsx∈ [0, 1]sa limite. Alors |f(y) − f(x)|

≤ |f(y) − fK(y)| + |fK(y)− fK(xK)| + |fK(xK)− f(xK)| + |f(xK)− f(x)|

≤ 2kf − fKk + n|y − xK| + |f(xK)− f(x)|.

SiK = m(k)→ +∞, on obtient

|f(y) − f(x)| ≤ n|y − x|, d’oùf ∈ Fn.

1.Fnest fermé dansC([0, 1])

Soit(fk)k∈Nune suite deFnqui converge versf dansC([0, 1]). Est-ce quef ∈ Fn?

Puisquefk∈ Fn,

∃xk ∈ [0, 1] tel que |fk(y)− fk(xk)| ≤ n|y − xk| ∀y ∈ [0, 1].

Comme la suite(xk)k∈Nest bornée, on peut en extraire une sous-suite(xm(k))k∈N

convergente. Notonsx∈ [0, 1]sa limite. Alors |f(y) − f(x)|

≤ |f(y) − fK(y)| + |fK(y)− fK(xK)| + |fK(xK)− f(xK)| + |f(xK)− f(x)|

≤ 2kf − fKk + n|y − xK| + |f(xK)− f(x)|.

SiK = m(k)→ +∞, on obtient

2.Fnest d’intérieur vide dansC([0, 1])

Soitf ∈ Fn. Montrons que pour toutε > 0,B(f, ε) * Fn.

On cherche donc g∈ C([0, 1])tel quekf − gk < εetg /∈ Fn. SoitP un polynôme tel que

kf − P k <ε2.

Idée. Prendreg = P + hoùkhk < ε2et|Dh(x)|“suffisamment grand”. Alors kf − gk ≤ kf − P k + khk < ε

et

|g(y) − g(x)| ≥ |h(y) − h(x)| − |P (y) − P (x)| ≥ C|y − x| − C0|y − x|

2.Fnest d’intérieur vide dansC([0, 1])

Soitf ∈ Fn. Montrons que pour toutε > 0,B(f, ε) * Fn. On cherche donc

g∈ C([0, 1])tel quekf − gk < εetg /∈ Fn. SoitP un polynôme tel que

kf − P k <ε2.

Idée. Prendreg = P + hoùkhk < ε2et|Dh(x)|“suffisamment grand”. Alors kf − gk ≤ kf − P k + khk < ε

et

|g(y) − g(x)| ≥ |h(y) − h(x)| − |P (y) − P (x)| ≥ C|y − x| − C0|y − x|

2.Fnest d’intérieur vide dansC([0, 1])

Soitf ∈ Fn. Montrons que pour toutε > 0,B(f, ε) * Fn. On cherche donc

g∈ C([0, 1])tel quekf − gk < εetg /∈ Fn. SoitP un polynôme tel que

kf − P k <ε2.

Idée. Prendreg = P + hoùkhk < ε2et|Dh(x)|“suffisamment grand”.

Alors kf − gk ≤ kf − P k + khk < ε

et

|g(y) − g(x)| ≥ |h(y) − h(x)| − |P (y) − P (x)| ≥ C|y − x| − C0|y − x|

2.Fnest d’intérieur vide dansC([0, 1])

Soitf ∈ Fn. Montrons que pour toutε > 0,B(f, ε) * Fn. On cherche donc

g∈ C([0, 1])tel quekf − gk < εetg /∈ Fn. SoitP un polynôme tel que

kf − P k <ε2.

Idée. Prendreg = P + hoùkhk < ε2et|Dh(x)|“suffisamment grand”. Alors kf − gk ≤ kf − P k + khk < ε

et

|g(y) − g(x)| ≥ |h(y) − h(x)| − |P (y) − P (x)| ≥ C|y − x| − C0

|y − x| ≥ (n + 1)|y − x|

SoitM = supx∈[0,1]|DP (x)|,N ∈ Ntel queεN > 2(M + n + 1)et la fonction

Φ(x) =dist(x, Z).

Posons

h(x) = ε

2Φ(N x).

Remarquons quehest N1 - périodique, continue et sur0,N1, on a

h(x) = ( εN 2 x six≤ 1 2N, ε 2(1− Nx) six≥ 1 2N. Ainsi, khk = sup x∈[0,1]|h(x)| = ε 4

et de plus, en tout pointx,

|D+h(x)

SoitM = supx∈[0,1]|DP (x)|,N ∈ Ntel queεN > 2(M + n + 1)et la fonction

Φ(x) =dist(x, Z). Posons

h(x) = ε

2Φ(N x).

Remarquons quehest N1 - périodique, continue et sur0,N1, on a

h(x) = ( εN 2 x six≤ 1 2N, ε 2(1− Nx) six≥ 1 2N. Ainsi, khk = sup x∈[0,1]|h(x)| = ε 4

et de plus, en tout pointx,

|D+h(x)

SoitM = supx∈[0,1]|DP (x)|,N ∈ Ntel queεN > 2(M + n + 1)et la fonction

Φ(x) =dist(x, Z). Posons

h(x) = ε

2Φ(N x).

Remarquons quehest N1 - périodique, continue et sur0,N1, on a

h(x) = ( εN 2 x six≤ 1 2N, ε 2(1− Nx) six≥ 1 2N. Ainsi, khk = sup x∈[0,1]|h(x)| = ε 4

et de plus, en tout pointx,

|D+h(x)

( sup x∈[0,1]|DP (x)| = M |D+h(x) | > M + n + 1 Par le TAF, |P (y) − P (x)| ≤ M|x − y| ∀y ∈ [0, 1]. D’autre part, pour touty > xsuffisament proche dex, on a

|h(y) − h(x)| > (M + n + 1)|x − y|. On en tire qu’il existey∈ [0, 1]tel que

|g(y) − g(x)| ≥ (M + n + 1)|x − y| − M|x − y| > n|x − y|.

( sup x∈[0,1]|DP (x)| = M |D+h(x) | > M + n + 1 Par le TAF, |P (y) − P (x)| ≤ M|x − y| ∀y ∈ [0, 1].

D’autre part, pour touty > xsuffisament proche dex, on a |h(y) − h(x)| > (M + n + 1)|x − y|. On en tire qu’il existey∈ [0, 1]tel que

|g(y) − g(x)| ≥ (M + n + 1)|x − y| − M|x − y| > n|x − y|.

( sup x∈[0,1]|DP (x)| = M |D+h(x) | > M + n + 1 Par le TAF, |P (y) − P (x)| ≤ M|x − y| ∀y ∈ [0, 1]. D’autre part, pour touty > xsuffisament proche dex, on a

|h(y) − h(x)| > (M + n + 1)|x − y|.

On en tire qu’il existey∈ [0, 1]tel que

|g(y) − g(x)| ≥ (M + n + 1)|x − y| − M|x − y| > n|x − y|.

( sup x∈[0,1]|DP (x)| = M |D+h(x) | > M + n + 1 Par le TAF, |P (y) − P (x)| ≤ M|x − y| ∀y ∈ [0, 1]. D’autre part, pour touty > xsuffisament proche dex, on a

|h(y) − h(x)| > (M + n + 1)|x − y|. On en tire qu’il existey∈ [0, 1]tel que

|g(y) − g(x)| ≥ (M + n + 1)|x − y| − M|x − y| > n|x − y|.

Remarque. En particulier,N Dest dense dansC([0, 1]). Résultat obtenu sans utiliser de fonction nulle part dérivable=Donne l’existence!

Autre preuve. Soitf ∈ C([0, 1]). FixonsW ∈ N D. Commef − W ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)nde polynômes tels que

kf − W − Pnk → 0 lorsque n→ +∞.

La suite(W + Pn)nconverge donc versfdansC([0, 1]). De plus, s’il existe

x∈ [0, 1]tel queW + Pnest dérivable enx, alors il en est de même pour

W = (W + Pn)− Pn, ce qui est impossible.

Remarque. En particulier,N Dest dense dansC([0, 1]). Résultat obtenu sans utiliser de fonction nulle part dérivable=Donne l’existence!

Autre preuve. Soitf ∈ C([0, 1]). FixonsW ∈ N D.

Commef − W ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)nde polynômes tels que

kf − W − Pnk → 0 lorsque n→ +∞.

La suite(W + Pn)nconverge donc versfdansC([0, 1]). De plus, s’il existe

x∈ [0, 1]tel queW + Pnest dérivable enx, alors il en est de même pour

W = (W + Pn)− Pn, ce qui est impossible.

Remarque. En particulier,N Dest dense dansC([0, 1]). Résultat obtenu sans utiliser de fonction nulle part dérivable=Donne l’existence!

Autre preuve. Soitf ∈ C([0, 1]). FixonsW ∈ N D. Commef− W ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)nde polynômes tels que

kf − W − Pnk → 0 lorsque n→ +∞.

La suite(W + Pn)nconverge donc versfdansC([0, 1]).

De plus, s’il existe x∈ [0, 1]tel queW + Pnest dérivable enx, alors il en est de même pour

W = (W + Pn)− Pn, ce qui est impossible.

Remarque. En particulier,N Dest dense dansC([0, 1]). Résultat obtenu sans utiliser de fonction nulle part dérivable=Donne l’existence!

Autre preuve. Soitf ∈ C([0, 1]). FixonsW ∈ N D. Commef− W ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)nde polynômes tels que

kf − W − Pnk → 0 lorsque n→ +∞.

La suite(W + Pn)nconverge donc versfdansC([0, 1]). De plus, s’il existe

x∈ [0, 1]tel queW + Pnest dérivable enx, alors il en est de même pour

W = (W + Pn)− Pn, ce qui est impossible.

Remarque. En particulier,N Dest dense dansC([0, 1]). Résultat obtenu sans utiliser de fonction nulle part dérivable=Donne l’existence!

Autre preuve. Soitf ∈ C([0, 1]). FixonsW ∈ N D. Commef− W ∈ C([0, 1]), il existe une suite(Pn)nde polynômes tels que

kf − W − Pnk → 0 lorsque n→ +∞.

La suite(W + Pn)nconverge donc versfdansC([0, 1]). De plus, s’il existe

x∈ [0, 1]tel queW + Pnest dérivable enx, alors il en est de même pour

W = (W + Pn)− Pn, ce qui est impossible.

La notion de résidualité est purement topologique.

Autres notions.

Prévalence (Christensen 1972, Hunt, Sauer et Yorke 1992). Généralise la notion

de presque partout à des espaces de dimension infinie. Hunt 1994:N Dest prévalent.

Linéabilité (Aron, Gurariy, Seoane-Sepúlveda 2005). Existence de larges

structures algébriques formées d’objets particuliers.

Jiménez-Rodríguez, Muñoz-Fernández et Seoane-Sepúlveda 2013:N Dest linéable. Plus précisément, toute combinaison linéaire non-nulle des fonctions

Wa(x) = +∞ X k=0 akcos(9kπx), a  7 9, 1 

La notion de résidualité est purement topologique.

Autres notions.

Prévalence (Christensen 1972, Hunt, Sauer et Yorke 1992). Généralise la notion

de presque partout à des espaces de dimension infinie. Hunt 1994:N Dest prévalent.

Linéabilité (Aron, Gurariy, Seoane-Sepúlveda 2005). Existence de larges

structures algébriques formées d’objets particuliers.

Jiménez-Rodríguez, Muñoz-Fernández et Seoane-Sepúlveda 2013:N Dest linéable. Plus précisément, toute combinaison linéaire non-nulle des fonctions

Wa(x) = +∞ X k=0 akcos(9kπx), a  7 9, 1 

La notion de résidualité est purement topologique.

Autres notions.

Prévalence (Christensen 1972, Hunt, Sauer et Yorke 1992). Généralise la notion

de presque partout à des espaces de dimension infinie. Hunt 1994:N Dest prévalent.

Linéabilité (Aron, Gurariy, Seoane-Sepúlveda 2005). Existence de larges

structures algébriques formées d’objets particuliers.

Jiménez-Rodríguez, Muñoz-Fernández et Seoane-Sepúlveda 2013:N Dest linéable. Plus précisément, toute combinaison linéaire non-nulle des fonctions

Wa(x) = +∞ X k=0 akcos(9kπx), a  7 9, 1 

La notion de résidualité est purement topologique.

Autres notions.

Prévalence (Christensen 1972, Hunt, Sauer et Yorke 1992). Généralise la notion

de presque partout à des espaces de dimension infinie. Hunt 1994:N Dest prévalent.

Linéabilité (Aron, Gurariy, Seoane-Sepúlveda 2005). Existence de larges

structures algébriques formées d’objets particuliers.

Jiménez-Rodríguez, Muñoz-Fernández et Seoane-Sepúlveda 2013:N Dest linéable. Plus précisément, toute combinaison linéaire non-nulle des fonctions

Wa(x) = +∞ X k=0 akcos(9kπx), a  7 9, 1 

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