Partiel d’analyse fonctionnelle
M1, ENS Cachan, 2014-15
Dur´ee : 2 heures
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Exercice 1 :
Soit Eun espace topologique. On dit que Eest normal quand pour
tous F1,F2ferm´es disjoints de E, il existe O1,O2ouverts disjoints de Etels
que FiOi(i= 1,2).
1. On suppose que (E, d) est un espace m´etrique.
a) Soit AE. Montrer que
¯
A={xE|d(x, A)=0}.
b) Soient FEferm´e et KEcompact tels que KF=.
On rappelle que par d´efinition,
d(K, F ) = inf
xK,yFd(x, y).
Montrer que d(K, F )>0.
c) Trouver un espace (E, d) m´etrique, et F1, F2ferm´es de Edisjoints tels
que d(F1, F2)=0
d) Montrer que l’espace m´etrique (E, d) est normal.
2. Dans cette question, Eest un espace topologique s´epar´e.
a) Montrer que pour tous xEet KEcompact ne contenant pas x, il
existe O1,O2ouverts disjoints de Etels que xO1,KO2.
b) Montrer que pour tous K1, K2Ecompacts disjoints de E, il existe O0
1,
O0
2ouverts disjoints de Etels que KiO0
i(i= 1,2).
c) Montrer que si Eest compact, il est normal.
1
Exercice 2 : Pour φ∈ D(R), on pose
< T, φ > := ZR
φ(x)φ(0)
xp|x|dx.
On rappelle que si fL1
loc(R) on note Ufla distribution associ´ee `a f.
1. Montrer que cette formule d´efinit une distribution d’ordre 1 sur R.
2. Montrer que x7→ x T est une distribution associ´ee `a un ´el´ement de L1
loc(R)
que l’on pr´ecisera.
3. Pour n>1, on pose
fn(x) = 1
xp|x|
1|x|>1
n
.
Calculer la limite de (Ufn) au sens des distributions.
4. On pose
g(x) = 1
p|x|.
Calculer la d´eriv´ee de Ugau sens des distributions.
Exercice 3
Dans l’espace E=C([0,1],R), consid´erons le sous-ensemble Fdes
fonctions fEtelles qu’il existe un intervalle [α, β][0,1] non vide et non
r´eduit `a un point sur lequel fest monotone.
1Montrer que Emuni de la norme uniforme est un espace de Banach.
2Soient α < β dans [0,1]. On note F[α,β]l’ensemble des fEqui sont
monotones sur [α, β].
a) Montrer que F[α,β]est ferm´e dans E.
b) Montrer que E\F[α,β]est dense dans E.
3En d´eduire que Fest d’int´erieur vide.
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