D´
EVELOPPEMENT 29
TH´
EOR`
EME DE TIETZE
Lemme. — Soit T∈ L(E, F )o`u Eet Fsont des espaces de Banach.
On suppose qu’il existe 0< α < 1et C < tels que, pour tout yFerifiant kyk ≤ 1, il existe
xEtel que |x| ≤ Cet kyT(x)k ≤ α. Alors, pour tout yFv´erifiant kyk ≤ 1, il existe xEtel
que y=T(x)et |x| ≤ C
1α.
D´emonstration. On construit par r´ecurrence une suite (xn)n1erifiant
kxnk ≤ Cet kyT(x1)αT (x2)− ··· − αn 1T(xn)k ≤ αn.
Par hypoth`ese, x1existe. Supposons x1, . . . , xnconstruits alors
yT(x1)αT (x2)− ··· − αn 1T(xn)
αn
1
donc il existe xn+1 Etel que |xn+1| ≤ Cet
yT(x1)αT (x2)− ··· − αn 1T(xn)
αnT(xn+1)
α
i.e.
kyT(x1)αT (x2)− ··· − αn 1T(xn)αnT(xn+1)k ≤ αn+1.
On pose alors x=
+
X
n=1
αn1xn(il s’agit d’une s´erie normalement convergente dans l’espace de Banach
Edonc convergente) alors on a
kxk ≤
+
X
n=1
αn1kxnk ≤ C
1α
et en passant `a la limite dans la relation
kyT(x1)− ··· − αn 1T(xn)k ≤ αn
on obtient bien T(x) = y.
Th´eor`eme. — Soit Yun ferm´e d’un espace m´etrique (X, d)et g0:YRcontinue. Alors g0admet
un prolongement continu f0:XR.
D´emonstration. On note C0
b(X, R) (resp. C0
b(Y, R)) l’espace des fonctions continues born´ees d´efinies
sur X(resp. Y) `a valeurs r´eelles muni de la norme kfk= sup
xX|f(x)|(resp. kfk= sup
yY|f(y)|) et on
consid`ere l’application “restriction `a Y
T:C0
b(X, R)→ C0
b(Y, R), f 7→ f|F.
Soit g∈ C0
b(Y, R) telle que kgk1, on pose
Y+={yY;1
3g(y)1}et Y={yY;1g(y)≤ −1
3}
92 Th´
eor`
eme de Tietze
et
f(y) = 1
3
d(y, Y )d(y, Y +)
d(y, Y ) + d(y, Y +)
alors f∈ C0
b(X, R) et kfk1
3. Montrons que kT(f)gk2
3en distinguant trois cas :
si yY+alors g(y)f(y) = g(y)1
3[0,2
3],
si yYalors g(y)f(y) = g(y) + 1
3[2
3,0],
si yY\(Y+Y) alors |g(y)f(y)| ≤ |g(y)|+|f(y)| ≤ 1
3+1
3=2
3.
On peut appliquer le lemme (avec α=1
3et C=2
3) donc, pour tout g∈ C0
b(Y, R) v´erifiant kgk1, il
existe f∈ C0
b(X, R) v´erifiant kfk1 et T(f) = g.
Supposons maintenant que g∈ C0
b(Y, R) v´erifie |g(y)|<1 pour tout yY. D’apr`es ce qui pr´ec`ede,
il existe un prolongement htel que |h(x)| ≤ 1 pour tout xX. On veut montrer qu’il existe un
prolongement fde gtel que |f(x)|<1 pour tout xX: c’est fini si |h(x)|<1 pour tout xX, sinon
on pose f=uh o`u
u(x) = d(x, Z)
d(x, Y ) + d(x, Z o`u Z={xX;|h(x)|= 1}
alors fr´epond bien au probl`eme puisque u1 sur Y,|f(x)|≤|h(x)|pour tout xXet f(x) = 0 si
|h(x)|= 1.
Pour conclure, on consid`ere un hom´eomorphisme ϕde Rsur ] 1,1[ alors g=ϕg0admet un
prolongement ftel que |f(x)|<1 pour tout xXdonc f0=ϕ1fprolonge bien g.
Le¸con concern´ee
07 Prolongements de fonctions. Applications
R´ef´erence
H. Queff´elec et C. Zuily, ´
El´ements d’analyse, Dunod, 2002.
S´ebastien Pellerin
1 / 2 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !