Bourbaki

Exercice 10, § 1

Topologie générale, VI, p. 22

Bourbaki marks this one as harder than the rest.

a) Soit M\mathscr{M} un ensemble fini, R{x,y}R \{x, y\} une relation symétrique entre éléments de M\mathscr{M}. On suppose qu’il existe deux éléments distincts a,ba, b de M\mathscr{M} ayant les propriétés suivantes: il existe x≠ax \neq a et y≠by \neq b tel que xx (resp. yy) soit le seul élément z∈Mz \in \mathscr{M} tel que R{a,z}R \{a, z\} (resp. R{b,z}R \{b, z\}) soit vraie; en outre, pour tout t∈Mt \in \mathscr{M} distinct de aa et de bb, l’ensemble des z∈Mz \in \mathscr{M} tel que R{t,z}R \{t, z\} soit vraie est un ensemble à deux éléments, distincts de tt. Montrer que dans ces conditions, il existe une bijection i↦xii \mapsto x_i d’un intervalle [0,n][0, n] de N\mathbf{N} sur M\mathscr{M} telle que x0=ax_0 = a, xn=bx_n = b et que l’on ait la relation R{xi−1,xi}R \{x_{i-1}, x_i\} pour 1≤i≤n1 \leq i \leq n (définir xix_i par récurrence sur ii).

b) Dans Rn\mathbf{R}^n (pour n≥2n \geq 2), identifié à Rn−1×R\mathbf{R}^{n-1} \times \mathbf{R}, soient LL et L′L' deux lignes brisées, définies respectivement par deux suites (xi)0≤i≤p(\mathbf{x}_i)_{0 \leq i \leq p}, (xj′)0≤j≤q(\mathbf{x}'_j)_{0 \leq j \leq q}, et ayant les propriétés suivants: 1° si on pose xi=(yi,zi)\mathbf{x}_i = (y_i, z_i), xj′=(yj′,zj′)\mathbf{x}'_j = (y'_j, z'_j), on a z0=z0′=0z_0 = z'_0 = 0, zp=zq′=1z_p = z'_q = 1, 0<zi<10 < z_i < 1, 0<zj′<10 < z'_j < 1 pour 1≤i≤p−11 \leq i \leq p - 1 et 1≤j≤q−11 \leq j \leq q - 1; 2° les p+q−2p + q - 2 nombres zi,zj′z_i, z'_j pour 1≤i≤p−11 \leq i \leq p - 1, 1≤j≤q−11 \leq j \leq q - 1 sont tous distincts; 3° deux côtés distincts de LL (resp. L′L') ont au plus un point commun (qui peut ou non être un des xi\mathbf{x}_i (resp. xj′\mathbf{x}'_j)). Montrer qu’il existe deux applications surjectives linéaires par morceaux (VI, p. 21, exerc. 6) u:I→Lu : I \to L, u′:I→L′u' : I \to L', où II est l’intervalle (0,1)(0, 1) de R\mathbf{R}, telles que, si l’on pose u(t)=(v(t),ζ(t))u(t) = (v(t), \zeta(t)), u′(t)=(v′(t),ζ′(t))u'(t) = (v'(t), \zeta'(t)) pour t∈It \in I, on ait ζ(t)=ζ′(t)\zeta(t) = \zeta'(t) pour tout t∈It \in I, ζ(0)=ζ′(0)=0\zeta(0) = \zeta'(0) = 0, ζ(1)=ζ′(1)=1\zeta(1) = \zeta'(1) = 1. (Soit (ak)1≤k≤p+q−2(a_k)_{1 \leq k \leq p+q-2} la suite strictement croissante des ziz_i et des zj′z'_j distincts de 0 et de 1; on pose en outre a0=0a_0 = 0, ap+q−1=1a_{p+q-1} = 1, et on désigne par BiB_i l’ensemble des x=(y,z)∈Rnx = (y, z) \in \mathbf{R}^n tels que ai−1≤z≤aia_{i-1} \leq z \leq a_i, pour 1≤i≤p+q−11 \leq i \leq p + q - 1. Soit M\mathscr{M} l’ensemble des couples γ=(C,C′)\gamma = (C, C'), où CC (resp. C′C') est l’intersection d’un même BiB_i avec un côté de LL (resp. L′L') tel que ni CC ni C′C' ne soient réduits à un point. On désigne par R{α,β}R \{ \alpha, \beta \} la relation suivante entre éléments de M\mathfrak{M}: « α≠β\alpha \neq \beta; si α=(C1,C1′),β=(C2,C2′)\alpha = (C_1, C'_1), \beta = (C_2, C'_2), C1∩C2C_1 \cap C_2 et C1′∩C2′C'_1 \cap C'_2 sont non vides, l’un d’eux est réduit à un point, et si ce point n’est pas un des xix_i (resp. xj′x'_j), C1C_1 et C2C_2 (resp. C1′C'_1 et C2′C'_2) sont contenus tous deux dans un même côté de LL (resp. L′L' ». Montrer qu’on peut appliquer a) à la relation RR.

c) Dans Rn\mathbf{R}^n, identifié à Rn−1×R\mathbf{R}^{n-1} \times \mathbf{R}, soit KK un ensemble compact connexe tel que K∩(Rn−1×{0})K \cap (\mathbf{R}^{n-1} \times \{0\}) ne soit pas vide ni réduit à un point. Montrer que si on pose K′=K−KK' = K - K (ensembles des x−yx - y, où x,yx, y parcourent KK), K′∩(Rn−1×{0})K' \cap (\mathbf{R}^{n-1} \times \{0\}) contient un ensemble connexe non réduit à un point. (Utiliser b), en appliquant II, p. 32, prop. 6 et II, p. 38, exerc. 15.)

Solution

Aucune solution n’a encore été écrite.

Transcrit du volume imprimé. Non traduit.