Universit´
e Bordeaux 1 Master 1 Analyse fonctionnelle
Feuille Hahn-Banach
La forme analytique du th´eor`eme
Exercice 1 Soit Eun espace vectoriel et x∈E. Montrer qu’il existe une fonctionnelle
x0∈E0telle que x0(x) = kxk.
Exercice 2 Soit Eun espace vectoriel. Montrer que Eest de dimension finie si E0est de
dimension finie.
Exercice 3 Soit Eun espace vectoriel et x∈E. Soit δxla forme lin´eaire E0→Kd´efinie
par δx(x0) := x0(x).
(a) Montrer que δxest un op´erateur lin´eaire born´e sur E0donc un ´el´ement du bidual E00 =
(E0)0.
(b) Montrer que ι:E→E00,ι(x) = δxest une isom´etrie
(c) Est-ce que tout espace vectoriel norm´e est identifiable avec un sous-espace (dense?,
ferm´e?) vectoriel d’un espace de Banach? Discuter les diff´erentes (im-) possibilit´es!
Exercice 4 Soient Eet Fdeux e.v.n. et Tune application lin´eaire de Edans F. Supposons
e que pour tout ϕ∈F0, la forme lin´eaire ϕ◦Test continue sur E(i.e. ϕ◦T∈E0). Montrer
que Test continue.
Exercice 5 Soit E un espace de Banach.
(a) Soit Bune partie de E. Montrer que Best born´e si et seulement si pour e tout f∈E0,
f(B) est born´e.
(b) Soit B0une partie de E0. Montrer que B0est born´e dans E0si et seulement si pour tout
x∈E,{f(x) : f∈B0}est born´e.
(c) Soit (xn) une suite d’´el´ements de Equi converge faiblement. Montrer que (xn) est born´e.
Exercice 6 Soit Eun e.v.n. r´eel et soient x1, x2, . . . , xn∈E, c1, ..., cn∈R.Montrer que les
assertions suivantes sont ´equivalentes:
(a) Il existe f∈E0de norme ≤1 telle que f(xi) = cipour tout i.
(b) λ1c1+. . . +λncn≤ kλ1x1+. . . +λnxnkpour tout λ1, . . . , λn∈R.
Exercice 7
(a) Soit Uun sous-espace vectoriel ferm´e d’un e.v.n. E. Montrer que E/U ={¯x=x+U:
x∈E}est un espace vectoriel norm´e pour la norme.
k¯xkE/U := inf{kx+ukE:u∈U}
Montrer que κ:E→E/U d´efinit par κ(x) = ¯xest une application lin´eaire et continue.
Quel est sa norme ?