
38 MARC CHAPERON
Comme πFest lin´eaire et lipschitzienne, elle est continue et |πF|=
Lip πF= 1 pour F6={0}.
iii) Pour v, v0∈Fet w, w0∈F⊥,
hv+w|v0+w0i=hv|v0i+hw|v0i+hv|w0i+hw|w0i
=hv|v0i+hw|w0i
puisque hw|v0i=hv|w0i= 0.
13. Dualit´
e
L’isom´etrie canonique de Edans son dual. Pour tout v∈E, on
d´efinit un ´el´ement v[du dual5E0:= L(E, K)de Epar
∀x∈E v[(x) := hx|vi.
L’application v7→ v[est une isom´etrie de Edans E0, semi-lin´eaire
(c’est-`a-dire que (v+λw)[=v[+¯
λw[pour v, w ∈Eet λ∈K)6.
D´emonstration. Pour tout v∈E, la lin´earit´e du produit scalaire par
rapport `a son premier facteur entraˆıne que v[est une application lin´eaire
bien d´efinie de Edans K(«forme lin´eaire ») ; l’in´egalit´e de Cauchy-
Schwartz s’´ecrivant |v[(x)|≤|v| |x|, cette forme lin´eaire est continue, de
norme au plus |v|; en prenant x=vpour v6= 0, on voit que |v[|=|v|
et donc |v[−w[|=|(v−w)[|=|v−w|quels que soient v, w ∈E, ce
qui prouve que v7→ v[est une isom´etrie ; elle est semi-lin´eaire car le
produit scalaire est semi-lin´eaire par rapport `a son second facteur.
Th´eor`eme (Riesz).Si Eest un espace de Hilbert, l’isom´etrie cano-
nique v7→ v[de Edans son dual est bijective.
D´emonstration. Un isom´etrie ´etant forc´ement injective, il s’agit de
montrer qu’elle est surjective. ´
Etant donn´ee p∈E0r{0}, son noyau
Hest un sous-espace ferm´e qui n’est pas Etout entier, donc a un
suppl´ementaire orthogonal H⊥6={0}; il y a donc un u∈H⊥de
norme 1, qui v´erifie u6∈ H, c’est-`a-dire p(u)6= 0 ; pour tout x∈E, on
a donc p(x) = pp(x)
p(u)u, d’o`u par lin´earit´e x−p(x)
p(u)u∈ker p=H; il en
r´esulte que H⊥=Kuet que la projection orthogonale hx|uiude xsur
Kuest p(x)
p(u)u, d’o`u p(x) = hx|uip(u) et donc p=v[avec v=p(u)u.
5Espace vectoriel des formes lin´eaires continues sur E; on le munit de la norme
habituelle |p|:= sup{p(v) : v∈E, |v|= 1}, qui en fait un espace de Banach.
La notation musicale est un hommage `a Einstein, qui notait les coordonn´ees d’un
vecteur vavec des indices sup´erieurs et celles d’un «covecteur »pavec des indices
inf´erieurs : l’application v7→ v[fait donc «descendre les indices ».
6Si K=R, elle est donc lin´eaire.