Bourbaki

Exercice 1, § 3

Topologie générale, VII

Bourbaki marks this one as harder than the rest.

a) Soit (xk)1≤k≤m(x_k)_{1 \leq k \leq m} une suite finie de nombres réels telle que ∣xk∣≤1|x_k| \leq 1 pour 1≤k≤m1 \leq k \leq m et ∑k=1mxk=0\sum_{k=1}^m x_k = 0. Montrer qu’il existe une permutation σ\sigma de l’intervalle (1,m)(1, m) de N\mathbf{N} telle que l’on ait ∣∑k=1pxσ(k)∣≤1\left| \sum_{k=1}^p x_{\sigma(k)} \right| \leq 1 pour tout indice pp tel que 1≤p≤m1 \leq p \leq m, et qui conserve l’ordre des indices hh pour lesquels xh>0x_h > 0 et l’ordre des indices hh pour lesquels xh<0x_h < 0 (c’est-à-dire que si h<kh < k, xh>0x_h > 0 et xk>0x_k > 0, on a σ(h)<σ(k)\sigma(h) < \sigma(k), et de même pour les indices tels que xh<0x_h < 0).

b) Soit (xk)1≤k≤m(\mathbf{x}_k)_{1 \leq k \leq m} une suite finie de points xk=(xki)1≤i≤n\mathbf{x}_k = (x_{ki})_{1 \leq i \leq n} de Rn\mathbf{R}^n, telle que ∥xk∥≤1\| \mathbf{x}_k \| \leq 1 pour 1≤k≤m1 \leq k \leq m, et ∑k=1mxk=0\sum_{k=1}^m \mathbf{x}_k = 0. Montrer qu’il existe une permutation σ\sigma de l’intervalle (1,m)(1, m) de N\mathbf{N}, telle que ∥∑k=1pxσ(k)∥≤5(n−1)/2\left\| \sum_{k=1}^p \mathbf{x}_{\sigma(k)} \right\| \leq 5^{(n-1)/2} pour tout indice pp tel que 1≤p≤m1 \leq p \leq m. (Raisonner par récurrence sur nn, en considérant Rn\mathbf{R}^n comme produit Rn−1×R\mathbf{R}^{n-1} \times \mathbf{R}, et en posant xk=(xk′,xkn)\mathbf{x}_k = (\mathbf{x}_k', x_{kn}) avec xk′∈Rn−1\mathbf{x}_k' \in \mathbf{R}^{n-1}. Prendre une partie HH de l’intervalle (1,m)(1, m) de N\mathbf{N} telle que ∥∑k∈Hxk∥\left\| \sum_{k \in H} \mathbf{x}_k \right\| soit maximum; à l’aide d’une rotation, se ramener au cas où ∑k∈Hxk′=0\sum_{k \in H} \mathbf{x}_k' = 0, et montrer que, dans ce cas, on a nécessairement xkn≥0x_{kn} \geq 0 pour k∈Hk \in H et xkn≤0x_{kn} \leq 0 pour k∉Hk \notin H; utiliser enfin a) et l’hypothèse de récurrence).

c) Soit (xk)1≤k≤m(\mathbf{x}_k)_{1 \leq k \leq m} une suite finie de points de Rn\mathbf{R}^n telle que ∥xk∥≤1\| \mathbf{x}_k \| \leq 1 pour 1≤k≤m1 \leq k \leq m et ∥∑k=1mxk∥=a>0\left\| \sum_{k=1}^m \mathbf{x}_k \right\| = a > 0; montrer qu’il existe une permutation σ\sigma de l’intervalle (1,m)(1, m) de N\mathbf{N} telle que ∥∑k=1pxσ(k)∥≤(a+1)5(n−1)/2\left\| \sum_{k=1}^p \mathbf{x}_{\sigma(k)} \right\| \leq (a + 1) 5^{(n-1)/2} pour tout pp tel que 1≤p≤m1 \leq p \leq m (se ramener au cas b)).

Solution

Aucune solution n’a encore été écrite.

Transcrit du volume imprimé. Non traduit.