V). 1). Soit (xn) une suite d’´el´ements de `pavec 1 ≤p≤ ∞. On suppose que xn−−−*
n→∞ xpour la
topologie σ(`p, `p0). Montrer que : (i) (xn) est born´e dans `p, (ii) xn
i*
n→∞ xipour tout i, o`u l’on note
xn= (xn
1, xn
2, . . . , xn
i, . . .) et x= (x1, x2, . . . , xi, . . .).
2). R´eciproquement, soit (xn) une suite d’´el´ements de `pavec 1 < p ≤ ∞. On suppose que : (i)
(xn) est born´e dans `p, (ii) xn
i−−−→
n→∞ xipour tout i. Montrer que x∈`pet que xn*
n→∞ xpour la
topologie σ(`p, `p0).
VI). Pour chaque entier n≥1 on pose
en= (0,0,...,1
| {z }
ntermes
,0, . . .).
1). Montrer que en−−−*
n→∞ 0 dans `ppour la topologie σ(`p, `p0) avec 1 < p ≤ ∞.
2). Montrer qu’il n’existe aucune sous-suite extraite (enk) qui converge dans `1pour la topologie
σ(`1, `∞).
3). Donner un exemple d’espace de Banach Eet d’une suite (fn) de E0telle que kfnk= 1, ∀net
telle que (fn) ne poss`ede aucune sous-suite convergente pour la topologie faible * σ(E0, E). Y-a-t-il
contradiction avec la compacit´e de BE0pour σ(E0, E) ? (On pourra choisir E=`∞.)
Indication. 2). Supposons par l’absurde que enk−−−*
n→∞ adans `1pour la topologie σ(`1, `∞). Alors hξ , enki −−−→
k→∞ hξ , ai,
∀ξ∈`∞. On consid`ere l’´el´ement particulier ξ∈`∞d´efini par
ξ= (0,0,...,−1
↑
position n1
,0,0,...,+1
↑
position n2
,0,0,...,−1
↑
position n3
, . . .)
et donc hξ , enki= (−1)kne converge pas quand k→ ∞ — contradiction. 3). Soit E=`∞de sorte que `1⊂E0. On pose
fn=en. Supposons que fnk
∗
* f dans E0pour la topologie σ(E0, E), c’est-`a-dire hfnk, ξi → hf , ξipour tout ξ∈E. On
consid`ere l’´el´ement particulier ξd´efini comme `a la question 2 et donc hfnk, ξi= (−1)kne converge pas — absurde. Il
n’y a pas de contradiction avec le th´eor`eme du cours ; ceci montre seulement que BE0muni de la topologie σ(E0, E) est
ici un espace compact non m´etrisable. On retrouve aussi le fait que E=`∞n’est pas s´eparable.
VII). Soit Eun espace de Banach uniform´ement convexe, i.e. ∀ > 0, ∃δ > 0 tel que
x, y ∈E, kxk ≤ 1,kyk ≤ 1 et kx−yk ≥ ⇒ kx+y
2k<1−δ.
Important : tout espace de Banach uniform´ement convexe est r´eflexif (th´eor`eme de Milman-Pettis).
1). Montrer (on pourra raisonner par l’absurde) que ∀M > 0,∀ε > 0,∃δ > 0 tel que
x+y
2
2
≤1
2kxk2+1
2kyk2−δ, ∀x, y ∈Eavec kxk ≤ M, kyk ≤ Met kx−yk> ε.
2). Mˆeme question si l’on remplace k k2par k kpavec 1 <p<∞.
Indication. 1). Supposons, par l’absurde, qu’il existe M0>0, ε0>0 et deux suites (xn), (yn) telles que kxnk ≤
M, kynk ≤ M, kxn−ynk> ε0et
(?)‚
‚
‚
xn+yn
2‚
‚
‚
2
>1
2kxnk2+1
2kynk2−1
n.
Quitte `a extraire une sous-suite, on peut supposer que kxnk → aet kynk → b. On obtient alors a+b≥ε0et 1
2a2+1
2b2≤
`a+b
2´2. Par suite a=b6= 0. On pose x0
n=xn/kxnket y0
n=yn/kynk. Pour nassez grand on a kx0
n−y0
nk ≥ ε0
a+o(1)
(ici, et dans la suite, on d´esigne par o(1) diverses quantit´es positives ou n´egatives qui tendent vers 0 quand n→ ∞).
Gr`ace `a l’uniforme convexit´e, il existe δ0>0 tel que k(x0
n+y0
n)/2k ≤ 1−δ0.Donck(xn+yn)/22k ≤ a(1 −δ0) + o(1).
D’apr`es (?) on a k(xn+yn)/2k2≥a2+o(1).D’o`u a2≤a2(1 −δ0)2+o(1) — absurde.
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