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Intérieur (topologie)

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Pour les articles homonymes, voirintérieur etint.

Le point x est dans l'intérieur de S car il y a une boule centrée en x entièrement incluse dans S. Le point y n'est pas dans l'intérieur de S.

Enmathématiques, l'intérieur (abrégé enint) est une notion detopologie appliquée à unepartie d'unespace topologique.

SoitX un espace topologique etA une partie deX. On appelle intérieur deA leplus grandouvert deX inclus dansA. Il existe : c'est laréunion de tous les ouverts inclus dansA. Il se note soit à l'aide d'un petit cercle suscrit, soit par une notation préfixe avec l'abréviationint :

A =int(A){\displaystyle {\stackrel {\ \circ }{A}}=\mathrm {int} (A)}.
Illustration de concepts de base en topologie générale

On définit aussi et de façon différente l'intérieur d'unevariété à bord.

Topologie générale

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SoientX un espace topologique etA une partie deX.

Point intérieur

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Un pointx deX appartient à l'intérieur deAsi et seulement siA est unvoisinage dex.

Les éléments de l'intérieur deA sont appelés les « points intérieurs àA ».

Les points non intérieurs àA sont lespoints adhérents àX\A (lecomplémentaire deA dansX).

Point extérieur

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Un pointx deX est dit « extérieur àA » s'il est intérieur àX\A[1], c'est-à-dire s'il n'est pas adhérent àA.

Dans unespace métriqueE{\displaystyle E}, pour qu'un pointxE{\displaystyle x\in E} soit extérieur à une partie non videAE{\displaystyle A\subset E}, il faut et il suffit quesa distance àA{\displaystyle A} soit non nulle[2].

Propriétés

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  • Une partie est ouverte si et seulement si elle est égale à son intérieur[1].
  • Idempotence : l'intérieur de l'intérieur est égal à l'intérieur.
  • Croissance pour l'inclusion : siA est une partie deB alors int(A) est une partie de int(B).
  • Le complémentaire de l'intérieur est égal à l'adhérence du complémentaire.
  • Compatibilité avec lesproduits finis : siAX etBY alors, l'intérieur deA×B dans l'espace produitX×Y est int(A)×int(B).
  • SiU est un sous-espace deX (muni de latopologie induite) etF une partie deX, l'intérieur deFU dans ce sous-espace contient int(F) ∩U (parfois strictement, comme dans l'exempleX = ℝ etF =U = {0}). Il lui est égal siU est un ouvert deX.
  • L'intérieur d'une intersection est incluse dans l'intersection des intérieurs mais l'inclusion peut être stricte (pour une intersection finie, on a cependant égalité[1]).
  • Une union d'intérieurs est incluse dans l'intérieur de l'union mais l'inclusion peut être stricte, même pour une union finie.
  • Pour unensemble dénombrable defermés d'unespace de Baire, l'union des intérieurs estdense dans l'intérieur de l'union.En effet, soitU un ouvert non vide inclus dans l'union des fermésFn. Dans l'espace de BaireU (muni de la topologie induite), l'intérieur int(Fn) ∩U de l'un des fermésFnU est non vide, doncU rencontre l'union des int(Fn).

Exemples

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  • Dans n'importe quel espace topologiqueX, l'ensemble vide etXsont ouverts donc égaux à leurs intérieurs.
  • Dans unespace discret, toute partie est, de même, son propre intérieur.
  • Dans unespace métrique, un pointa est intérieur à une partieA s'il exister > 0 tel que laboule ouverte de centrea et de rayonr soit incluse dansA.
  • Dans l'espace euclidienR desnombres réels muni de la topologie usuelle :
    • l'intérieur du segment [0, 1] est l'intervalle ouvert ]0, 1[ ;
    • l'intérieur de l'ensembleQ desnombres rationnels est vide ;
    • l'intérieur de]–∞, 0]⋃[0,+∞[ =R estR, tandis que la réunion des deux intérieurs estR* ;
    • la suite d'intervalles ]–∞, 1/(n+1)[ (ouverts donc égaux à leurs intérieurs) a pour intersection ]–∞, 0], dont l'intérieur est ]–∞, 0[.
  • Dans l'espace desnombres complexes, l'intérieur de l'ensemble {zC / |z| ≥ 1} est l'ensemble {zC / |z| > 1}.
  • Dans tout espace euclidien, l'intérieur d'unensemble fini est l'ensemble vide.
  • Dans un espace muni de latopologie grossière où les seuls ouverts sont l'espace total et l'ensemble vide, toute partie stricte est d'intérieur vide.

L'intérieur d'une partie dépend de la topologie considérée. Dans le cas deR :

  • muni de la topologie usuelle, int([0, 1]) = ]0,1[ ;
  • muni de la topologie discrète, int([0, 1]) = [0, 1] ;
  • muni de la topologie grossière, int([0, 1]) est l'ensemble vide.

Topologie des variétés

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L'intérieur d'unevariété topologique à bordM de dimensionn est l'ensemble des points deM qui possèdent (dansM) des voisinageshoméomorphes àRn. Son complémentaire dansM est appelé le bord deM.

SiM estcompacte etplongée dansRn, la définition de son intérieur coïncide avec la définition de topologie générale.

Notes et références

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  1. ab etcJacques Dixmier,Topologie générale,PUF,(ISBN 2130366473),p. 17-18.
  2. Jean Dieudonné,Éléments d'analyse,t. I :Fondements de l'analyse moderne, Paris,Gauthier-Villars,(ISBN 978-2-04-010410-8,OCLC 489875029),p. 38.

Voir aussi

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