Reconnaître un sous-espace vectoriel de fonctions

Durée : 10 mn

Note maximale : 10

Question

On considère l'espace vectoriel \(F(\mathbb R,\mathbb R)\) des fonctions de \(\mathbb{R}\) dans \(\mathbb{R}\).

Les parties suivantes sont-elles des sous-espaces vectoriels de \(F(\mathbb{R},\mathbb{R})\) ?

\(E_1=\{f\in F(\mathbb{R},\mathbb{R}),f \textrm{continue}\}\)

\(E_2=\{f\in F(\mathbb{R},\mathbb{R}),f \textrm{dérivable}\}\)

\(E_3=\{f\in F(\mathbb{R},\mathbb{R}),2f(0)=f(1)\}\)

\(E_4=\{f\in F(\mathbb{R},\mathbb{R}), f(2)=f(1)+1\}\)

Solution

Barème : 2pts pour \(E_1\), \(E_2\), \(E_4\) et 4pts pour \(E_3\).

Les parties \(E_1\), \(E_2\) et \(E_3\) contiennent la fonction nulle, donc ne sont pas vides.

Les parties \(E_1\), \(E_2\) sont des sous-espaces vectoriels de \(F(\mathbb{R} ,\mathbb{R})\) car elles sont stables par addition et multiplication par un scalaire, ceci d'après les propriétés des fonctions continues et des fonctions dérivables.

La partie \(E_3\) est aussi un sous-espace vectoriel.

En effet, soient \(f\) et \(g\) dans \(E_3\), et \(\lambda\) un scalaire de \(\mathbb{R}\), alors \(2f(0)=f(1)\) et \(2g(0)=g(1)\),

donc \(2[f(0)+g(0)]=f(1)+g(1)\) et \(2\lambda f(0)=\lambda f(1)\), ce qui entraîne que \(f+g\) et \(\lambda f\) sont des éléments de \(E_3\).

Par contre \(E_4\) n'est pas un sous-espace vectoriel de \(F(\mathbb{R},\mathbb{R})\), car la fonction nulle n'appartient pas à \(E_4\), or un sous-espace vectoriel d'un espace vectoriel contient nécessairement le vecteur nul.