Flashcards : Compacité et différentiabilité — 71 cartes

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1Question

Quelles propriétés doit vérifier une norme sur un espace vectoriel E ?

Réponse

La positivité, la séparation, l'homogénéité et l'inégalité triangulaire.

2Question

Quelle formule exprime l'homogénéité d'une norme N ?

Réponse

N(λx)=λN(x)N(\lambda x)=|\lambda|N(x).

3Question

Comment est définie la distance associée à une norme sur E ?

Réponse

Par d(x,y)=xyd(x,y)=\|x-y\|.

4Question

Quelle inégalité exprime l'inégalité triangulaire inversée dans un espace vectoriel normé ?

Réponse

xyxy\left|\|x\|-\|y\|\right|\leq\|x-y\|.

5Question

Comment s'exprime la norme x\|x\|_\infty sur Kn\mathbb{K}^n ?

Réponse

x=max{x1,,xn}\|x\|_\infty=\max\{|x_1|,\ldots,|x_n|\}.

6Question

Quelle est la formule de la norme x1\|x\|_1 sur Kn\mathbb{K}^n ?

Réponse

x1=x1++xn\|x\|_1=|x_1|+\cdots+|x_n|.

7Question

Comment se définit la norme xp\|x\|_p pour p1p\geq1 sur Kn\mathbb{K}^n ?

Réponse

xp=(x1p++xnp)1/p\|x\|_p=(|x_1|^p+\cdots+|x_n|^p)^{1/p}.

8Question

Quelle est la définition de la norme uniforme pour une fonction bornée f:XKf:X\to\mathbb{K} ?

Réponse

f=supxXf(x)\|f\|_\infty=\sup_{x\in X}|f(x)|.

9Question

Qu'est-ce qu'un produit scalaire réel sur E ?

Réponse

Une application bilinéaire, symétrique, positive et définie.

10Question

Quelle est la formule de la norme associée à un produit scalaire réel ?

Réponse

x=x,x\|x\|=\sqrt{\langle x,x\rangle}

11Question

Quelle inégalité relie le produit scalaire et les normes associées ?

Réponse

L'inégalité de Cauchy-Schwarz x,yxy|\langle x,y\rangle|\leq\|x\|\,\|y\|.

12Question

Quelles sont les propriétés d'un produit scalaire hermitien ?

Réponse

Linéaire dans une variable, à symétrie hermitienne, positif et défini.

13Question

Quelle est la norme associée à un produit scalaire hermitien ?

Réponse

x=x,x\|x\|=\sqrt{\langle x,x\rangle}

14Question

Comment se définit le produit scalaire euclidien sur Rn\mathbb{R}^n ?

Réponse

x,y=i=1nxiyi\langle x,y\rangle=\sum_{i=1}^n x_i y_i

15Question

Quelle norme est associée au produit scalaire euclidien sur Rn\mathbb{R}^n ?

Réponse

La norme 2\|\cdot\|_2.

16Question

Qu'est-ce qu'une boule ouverte de centre a et rayon r>0 ?

Réponse

C'est l'ensemble des x tels que xa<r\|x-a\|<r.

17Question

Comment se définit une boule fermée de centre a et rayon r>0 ?

Réponse

C'est l'ensemble des x tels que xar\|x-a\|\leq r.

18Question

Quelle condition caractérise une partie bornée A de E ?

Réponse

Il existe R>0R>0 tel que xR\|x\|\leq R pour tout xAx\in A.

19Question

Que signifie qu'une partie est contenue dans une boule centrée en zéro ?

Réponse

Cela équivaut à dire qu'elle est bornée.

20Question

Qu'impose la réunion finie de parties bornées ?

Réponse

Elle est bornée.

21Question

Qu'impose l'intersection, finie ou infinie, de parties bornées ?

Réponse

Elle est bornée.

22Question

Qu'impose la définition d'une suite convergente vers ℓ dans E ?

Réponse

Pour tout ε>0, il existe N tel que n≥N implique xnε\|x_n-\ell\|\leq\varepsilon.

23Question

Quelle propriété unique a la limite d'une suite convergente dans un espace vectoriel normé ?

Réponse

La limite est unique.

24Question

Quelle propriété de bornitude a toute suite convergente dans un espace vectoriel normé ?

Réponse

Toute suite convergente est bornée.

25Question

Qu'impose la définition d'une suite de Cauchy ?

Réponse

Pour tout ε>0, il existe N tel que n,m≥N implique xnxmε\|x_n - x_m\| \leq \varepsilon.

26Question

Qu'impose la continuité d'une application f en un point a ?

Réponse

Pour tout ε>0, il existe η>0 tel que xaEη\|x - a\|_E \leq \eta implique f(x)f(a)Fε\|f(x) - f(a)\|_F \leq \varepsilon.

27Question

Qu'est-ce qu'une application lipschitzienne ?

Réponse

Il existe k>0 tel que f(x)f(y)FkxyE\|f(x)-f(y)\|_F \leq k \|x-y\|_E pour tous x,y.

28Question

Qu'impose la définition d'une partie ouverte U dans E ?

Réponse

Tout point x∈U a un rayon r>0 avec B(x,r)UB(x,r)\subset U.

29Question

Quand une partie V de E est-elle dite fermée ?

Réponse

Si son complémentaire E∖V est une partie ouverte.

30Question

Quelle condition caractérise une partie fermée V par rapport aux suites convergentes ?

Réponse

Toute suite convergente d'éléments de V a sa limite dans V.

31Question

Que garantit la continuité d'une fonction f:E→F sur les ouverts et fermés ?

Réponse

L'image réciproque d'un ouvert ou fermé de F est un ouvert ou fermé de E.

32Question

Qu'est-ce qu'une partie compacte K de E ?

Réponse

Toute suite dans K possède une sous-suite convergeant vers un élément de K.

33Question

Quels segments dans R sont compacts ?

Réponse

Les segments fermés [a,b] avec a<b sont compacts.

34Question

Les boules ouvertes de E sont-elles compactes ?

Réponse

Non, elles ne sont pas compactes.

35Question

L'espace E est-il compact ?

Réponse

Non, l'espace E n'est pas compact.

36Question

Qu'est-ce qu'une partie compacte dans un espace E ?

Réponse

Une partie où toute suite a une sous-suite convergeant vers un point de cette partie.

37Question

Que devient l'image directe d'une partie compacte par une application continue ?

Réponse

Elle est compacte.

38Question

L'image réciproque d'une partie compacte est-elle toujours compacte ?

Réponse

Non, ce n'est pas nécessairement le cas.

39Question

Qu'est-ce qui différencie la compacité en dimension infinie et finie ?

Réponse

En dimension finie, une partie est compacte si et seulement si elle est fermée et bornée.

40Question

Une partie fermée et bornée est-elle toujours compacte en dimension infinie ?

Réponse

Non, elle peut ne pas être compacte.

41Question

Quelle propriété a toute partie fermée contenue dans une partie compacte ?

Réponse

Elle est compacte.

42Question

Qu'imposent les constantes c et C pour deux normes équivalentes ?

Réponse

Elles satisfont cxxCxc\|x\| \leq \|x\|' \leq C\|x\| pour tout xEx \in E.

43Question

Que partagent deux normes équivalentes sur un espace vectoriel ?

Réponse

Elles ont les mêmes parties bornées, suites convergentes, parties ouvertes, fermées, compactes et fonctions continues.

44Question

Quelle propriété des normes vaut sur un espace vectoriel de dimension finie ?

Réponse

Toutes les normes sont équivalentes.

45Question

Pourquoi les normes \|\cdot\|_\infty et 1\|\cdot\|_1 ne sont-elles pas équivalentes sur C([0,1],R)C([0,1],\mathbb{R}) ?

Réponse

Parce qu'il existe une suite (fn)(f_n) telle que fn1=1\|f_n\|_1=1 et fn=n\|f_n\|_\infty = n.

46Question

Qu'est-ce qu'un point adhérent à un ensemble A ?

Réponse

Un point a est adhérent à A si toute boule B(a,r) avec r>0 rencontre A.

47Question

Quelle condition caractérise un point adhérent via une suite dans A ?

Réponse

Il existe une suite d'éléments de A qui converge vers ce point.

48Question

Quand une fonction f admet-elle une limite ℓ en un point adhérent a ?

Réponse

Si pour tout ε>0, il existe η>0 tel que x∈A et ∥x−a∥≤η impliquent ∥f(x)−ℓ∥≤ε.

49Question

Quelle condition caractérise la limite de f en a via les suites ?

Réponse

Pour toute suite (xn) dans A convergeant vers a, (f(xn)) converge vers ℓ.

50Question

Qu'est-ce que la i-ème dérivée partielle de f en a ?

Réponse

C'est la dérivée en ai de l'application partielle en faisant varier seulement la i-ème coordonnée.

51Question

Quelle est la formule de la i-ème dérivée partielle de f en a ?

Réponse

fxi(a)=limxiaif(a1,,xi,,an)f(a)xiai\frac{\partial f}{\partial x_i}(a)=\lim_{x_i\to a_i}\frac{f(a_1,\ldots,x_i,\ldots,a_n)-f(a)}{x_i-a_i}

52Question

Qu'est-ce que la matrice jacobienne Jf(a) ?

Réponse

C'est la matrice des dérivées partielles des composantes de f avec lignes par composante et colonnes par variable.

53Question

Quelle est la forme de Jf(x,y)J_f(x,y) pour f(x,y)=(x+y,xy)f(x,y)=(x+y,xy) ?

Réponse

Jf(x,y)=(11yx)J_f(x,y)=\begin{pmatrix}1 & 1 \\ y & x\end{pmatrix}

54Question

Quelle est la valeur du jacobien de f(x,y)=(x+y,xy)f(x,y)=(x+y,xy) ?

Réponse

Le jacobien vaut xyx - y.

55Question

Comment se définit la dérivée directionnelle de f en a suivant v ?

Réponse

C'est la limite limt0f(a+tv)f(a)t\lim_{t\to0}\frac{f(a+tv)-f(a)}{t} quand elle existe.

56Question

Quand dit-on que f est différentiable au sens de Gâteaux en a ?

Réponse

Si toutes les dérivées directionnelles existent et que l'application v↦∂f/∂v(a) est linéaire.

57Question

Qu'est-ce qu'une fonction différentiable en un point a ?

Réponse

C'est une fonction pour laquelle existe une application linéaire L vérifiant la limite donnée.

58Question

Quelle propriété suit de la différentiabilité de f en a ?

Réponse

f est continue en a.

59Question

Que vaut la dérivée directionnelle partielle de f en a selon v ?

Réponse

Elle vaut df(a)(v).

60Question

Quelle propriété a une norme sur E en 0 ?

Réponse

Elle n'est pas différentiable en 0.

61Question

Quelle matrice représente la différentielle df(a) pour f:ℝⁿ→ℝᵖ ?

Réponse

La matrice jacobienne Jf(a).

62Question

Que vaut la différentielle de f+λg en a si f et g sont différentiables ?

Réponse

Elle est df(a)+λdg(a).

63Question

Quelle est la différentielle de la composée g∘f en a ?

Réponse

C'est dg(f(a))∘df(a).

64Question

Qu'est-ce que la norme d'une application linéaire L ?

Réponse

La plus petite constante M telle que L(x)FMxE\|L(x)\|_F\leq M\|x\|_E pour tout x.

65Question

Quelle condition exprime le théorème des accroissements finis pour f différentiable ?

Réponse

Il existe c dans ]a,b[ tel que f(b)f(a)=df(c)(ba)f(b)-f(a)=df(c)(b-a).

66Question

Quelle inégalité relie f(b)f(a)F\|f(b)-f(a)\|_F à la dérivée de f ?

Réponse

f(b)f(a)Fsupc]a,b[df(c)baE\|f(b)-f(a)\|_F\leq\sup_{c\in]a,b[}\|df(c)\|\,\|b-a\|_E.

67Question

Que garantit la continuité des dérivées partielles de f en a ?

Réponse

Que f est différentiable en a.

68Question

Comment s'exprime la différentielle df(a)(h)df(a)(h) en fonction des dérivées partielles ?

Réponse

df(a)(h)=i=1nfxi(a)hidf(a)(h)=\sum_{i=1}^{n}\frac{\partial f}{\partial x_i}(a)h_i.

69Question

Qu'est-ce qu'une fonction de classe C1 sur un ouvert U ?

Réponse

C'est une fonction différentiable sur U dont l'application dérivée est continue sur U.

70Question

Qu'impose la continuité de l'application dérivée dfdf pour une fonction de classe C1 ?

Réponse

L'application df:UL(E,F)df:U\to L(E,F) doit être continue sur U.

71Question

Qu'est-ce qu'être de classe C1 pour une fonction f:URpf:U\to \mathbb{R}^p sur un ouvert URnU\subset \mathbb{R}^n ?

Réponse

Avoir toutes ses dérivées partielles définies et continues sur U.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 57 questions sur Compacité et différentiabilité.

1. Laquelle des propriétés caractérise l’homogénéité d’une norme sur un espace vectoriel ?

2. Si une norme définit une distance entre deux vecteurs xx et yy, quelle expression faut-il utiliser ?

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