Lemme 2.2.1 C∞(M, R)est une algèbre (pour l’addition et la multiplication des fonctions).
De plus, si g:R→Rest différentiable et f∈C∞(M, R), alors g◦fest différentiable.
Lemme 2.2.2 Soit Mune variété différentiable C∞, et U⊂Mun ouvert. Si C⊂Uest
compact, alors il existe une fonction f∈C∞(M, R)telle que :
i.) f|C= 1.
ii.) supp(f)⊂U.
On rappelle que supp(f) = {x∈M|f(x)6= 0}est le support de f.
Définition 2.2.2 Une fonction vérifiant les propriétés du lemme se nomme une fonction
plateau.
Preuve du lemme :
1. La fonction h:R→Rdéfinie par
h(x) = (e−1
x2si x6= 0
0si x= 0
est de classe C∞: en effet, ∂m
∂xmh(0) = 0 pour tout ordre.
2. La fonction j:R→Rdéfinie par
j(x) = (e−1
(x+1)2e−1
(x−1)2si |x|<1
0si |x| ≥ 1
est C∞: en effet, f(x) = h(x+ 1)h(x−1). On a supp(f) = [−1,1]. (De même, on peut
construire pour tous a < b ∈Rune fonction jab ∈C∞telle que supp jab= [a, b])
3. La fonction g:Rn→Rdéfinie par g(x) = j(x1)···j(xn)est de classe C∞, et supp(g) =
[0,1]n. Notons gε(x) = g(x/ε). Alors gε:Rn→Rest C∞, et supp(gε) = [−ε, ε]n.
: Avec ces préliminaires, on peut prouver le lemme :
Soit p∈C⊂U, et φp:Up→Vp∈Rnune carte locale à Men ptelle que Up⊂U. On choisit
φpde telle sorte que φp(p) = 0 et que [−ε, ε]n⊂Vp, ce qui est évidemment toujours possible.
Soit fp:M→Rla fonction
fp(q) = gε(φp(q)) si q∈Up,
0si q /∈Up.
Alors par construction, fp∈C∞(M, R),supp(fp)⊂Upet fp6= 0 sur un voisinage Wpde p.
Puisque Cest compact, on peut trouver p1,···, pr∈Ctels que C⊂ ∪r
i=1Wpi.
Soit ˆ
f=Pr
i=1 fpi. Alors ˆ
f(q)6= 0 pour tout q∈ ∪piWpiet supp ˆ
f⊂U.
Posons maintenant α= minCˆ
f > 0. Alors 1
αˆ
f≥1sur C. On peut donc supposer que ˆ
f(q)≥1
pour tout q∈C.
On prend finalement f=h◦ˆ
foù h:R→Rest C∞et telle que
•0≤h(x)≤1
•h(x) = 0 si x≤0
•h(x) = 1 si x≥1.
Corollaire 2.2.3 dimR(C∞(M, R)) = ∞dès que dim(M)≥1.
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