cauchySep 29, 2026

Exercice

I
idriss-bado
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Exercice 1

Soient (X,d)(X,d) et (Y,δ)(Y,\delta) deux espaces métriques et

f:X⟶Y f:X\longrightarrow Y

une application.

1. Image d'une suite de Cauchy

Supposons que ff soit uniformément continue et soit (un)n∈N(u_n)_{n\in\mathbb N} une suite de Cauchy dans XX.

Soit ε>0\varepsilon>0. Par continuité uniforme de ff, il existe η>0\eta>0 tel que

d(x,x′)<η⟹δ(f(x),f(x′))<ε.(1) d(x,x')<\eta \quad\Longrightarrow\quad \delta\bigl(f(x),f(x')\bigr)<\varepsilon. \tag{1}

Comme (un)(u_n) est une suite de Cauchy dans XX, il existe N∈NN\in\mathbb N tel que

m,n≥N⟹d(un,um)<η.(2) m,n\geq N \quad\Longrightarrow\quad d(u_n,u_m)<\eta. \tag{2}

En combinant (1)(1) et (2)(2), on obtient

m,n≥N⟹δ(f(un),f(um))<ε. m,n\geq N \quad\Longrightarrow\quad \delta\bigl(f(u_n),f(u_m)\bigr)<\varepsilon.

Ainsi,

(f(un))n∈N est une suite de Cauchy dans Y. \boxed{(f(u_n))_{n\in\mathbb N}\ \text{est une suite de Cauchy dans }Y.}

2. Complétude de XX

Supposons maintenant que ff soit un homéomorphisme uniformément continu et que YY soit complet.

Soit (un)(u_n) une suite de Cauchy dans XX. D'après la première question, (f(un))(f(u_n)) est une suite de Cauchy dans YY. Comme YY est complet, il existe y∈Yy\in Y tel que

f(un)⟶y.(3) f(u_n)\longrightarrow y. \tag{3}

Puisque ff est un homéomorphisme, elle est bijective. Il existe donc x∈Xx\in X tel que

y=f(x). y=f(x).

De plus, f−1f^{-1} est continue. En appliquant f−1f^{-1} à (3)(3), on obtient

un=f−1(f(un))⟶f−1(y)=x. u_n = f^{-1}(f(u_n)) \longrightarrow f^{-1}(y) = x.

Ainsi, toute suite de Cauchy de XX converge dans XX. Par conséquent,

X est complet. \boxed{X\ \text{est complet}.}

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