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Exercice 20. Soit ε > 0. Pour n∈N?, on pose
ωn:= ((x, y)∈R2:x−1
n2
+y−1
n2
≤ε2
n2).
Trouver une condition nécéssaire et suffisante pour que Ω := ∪n≥1ωnsoit fermé.
Exercice 21. Soit Gun sous-groupe de (R,+).
1) Si G0est non vide, montrer que 0∈G0. En déduire que Gest dense dans R.
2) Si G0est vide montrer qu’il existe a∈G\ {0}tel que G=aZ.
3) Soit α∈R\2πQet pour n∈Z, xn∈]0,2π[tel que xn≡nα(2π). Montrer que X={xn, n ∈Z}est
dense dans [0,2π]et Y={cos(nα), n ∈Z}est dense dans [−1,1].
4) Soit f:R→Rune application continue. Montrer que l’ensemble P(f)de ses périodes est un sous groupe
fermé de (R,+). Si 1et √2∈P(f), que dire de (1 −√2)n? puis de f?
Exercice 22. On note Ple plan euclidien ; montrer que F:= (A, B, C)∈P3tels que A, B, C soient alignés
est une partie fermée. Soient K1, K2, K3trois compacts de Ptels qu’aucune droite ne rencontre simultanément
ces trois compacts. Montrer que parmi les cercles rencontrant à la fois K1, K2, K3il y en a un de rayon maximum
et un de rayon minimum.
Exercice 23. Pour A⊂Ret δ > 0on pose Aδ=∪x∈A]x−δ, x +δ[. Montrer que Aδest un ouvert contenant
A, que A=∩n∈N?A1
n; en déduire que tout fermé de Rest l’intersection dénombrable d’une famille d’ouverts
de R. Enoncer une propriété analogue pour les ouverts.
Exercice 24. Soit v∈R3, A ∈O+
3(R). Préciser l’adhérence dans R3de l’ensemble {Anv, n ∈Z}.
5. TOPOLOGIE DANS Mn(K).
Exercice 25. Montrer que GLn(R)est dense dans Mn(C).
Exercice 26. Soit Fun sous espace vectoriel de Mn(R)possédant au moins une matrice inversible, montrer
que F∩Mn(R)est dense dans F.
Exercice 27. Dans Mn(R)montrer que l’adhérence des matrices diagonales Dn(R)est l’ensemble des matrices
triangularisables. Même question dans Mn(C).
Exercice 28. Soit Dnl’ensemble des matrices diagonalisables dans Mn(C); montrer que l’intérieur de Dnest
l’ensemble D0
ndes matrices admettant nvaleurs propres deux à deux distinctes. Montrer que Dnet D0
nsont
denses dans Mn(C).
Exercice 29. Déduire le théorème de Cayley-Hamilton de la densité de Dn(C)dans Mn(C).
Exercice 30. Montrer que l’application ϕ:Mn(C)→Cn[x]qui à A∈Mn(C)associe ϕ(A) := πAson
polynôme minimal, n’est pas continue, les deux espaces étant munis de leur topologie usuelle d’espace vectoriel
normé (prendre A=Inet utiliser la densité de Dn(C)vue plus bas...).
Exercice 31. Soit P∈C[x], un polynôme non constant. L’objectif est de déterminer les points isolés de
E:= {A∈Mn(C) : P(A) = 0 }
1) Soit A∈Iso(E), montrer qu’il existe un voisinage Vde l’origine dans Mn(R)tel que (In+H)A(In+H)−1=
Apour tout H∈V.
2) Montrer que AM =MA pour toute matrice M∈Mn(C), en déduire que A=λIn, λ ∈C.
3) Soit λune racine de Pde multiplicité supérieure ou égale à 2 ; à l’aide des matrices Mk=λIn+k−1E12,
montrer que λIn6∈ Iso(E).
4) Montrer que Iso(E)est l’ensemble (éventuellement vide) des matrices scalaires λInoù λest racine de P
de multiplicité 1.
Exercice 32. Soit Nl’ensemble des matrices nilpotentes dans Mn(C).
– Montrer que Nest fermé dans Mn(C).
– Quel est son intérieur ?
– Si n≥2, montrer que Nest sans points isolés.
Exercice 33. Soit A∈Mn(Cn)et CA={P−1AP ;P∈GLn(C)}