Structural Ramsey theory of metric spaces and topological dynamics of isometry groups

Théorie de Ramsey structurale des espaces métriques et dynamique topologique des groupes d'isométries

Lionel Nguyen van Thé (1)

1 ELM - Équipe de Logique Mathématique

In 2003, Kechris, Pestov and Todorcevic showed that the structure of certain separable metric spaces - called ultrahomogeneous - is closely related to the combinatorial behavior of the class of their finite metric spaces. The purpose of the present thesis is to explore the different aspects of this connection. In Part 1, the notion of metric ultrahomogeneity is presented as well as the most remarkable complete separable ultrahomogeneous metric spaces, that is, the unit sphere S_H of the Hilbert space, the Baire space, and the Urysohn sphere S_U (up to isometry, the unique complete separable ultrahomogeneous metric space universal for the class of all separable metric spaces with diameter less or equal to 1). In Part 2, the notion of Ramsey class of finite ordered metric space is introduced and related to the dynamical properties of the isometry groups attached to ultrahomogeneous spaces. A particular attention is paid to Nesetril theorem and its consequence (originally due to Pestov) according to which every continuous action of the autoisometry group of S_U on a compact Hausdorff space has a fixed point. Analogous results are then obtained in other similar situations, such as the ultrametric spaces and the Baire space. As for Part 3, it focuses on the notion of oscillation stability. For S_H, oscillation stability does not hold. This is a deep result in functional analysis due to Odell and Schlumprecht and equivalent to the existence of a uniformly continuous f from S_H to [0,1] that does not stabilize (does not become almost constant) on any isometric copy of S_H in S_H. However, for most of the other ultrahomogeneous spaces, no result is presently known concerning oscillation stability. The last part of the thesis is essentially devoted to that problem. This leads to a complete characterization of the complete separable ultrahomogeneous ultrametric spaces, as well well as to a partial solution in the case of the Urysohn sphere S_U.

En 2003, Kechris, Pestov et Todorcevic démontrèrent que la structure de certains espaces métriques - dits ultrahomogènes - est intimement liée au comportement combinatoire de la classe de leurs sous-espaces métriques finis. La présente thèse a pour but d'explorer les différents aspects de cette connexion. Dans la première partie, la notion d'ultrahomogénéité métrique et les espaces ultrahomogènes complets séparables les plus remarquables, à savoir la sphère unité S_H de l'espace de Hilbert, l'espace de Baire et la sphère d'Urysohn S_U (à isométrie près, le seul espace complet séparable ultrahomogène et universel pour la classe des espaces métriques séparables de diamètre inférieur à 1) sont présentés. Dans la seconde partie, la notion de classe de Ramsey d'espaces métriques finis ordonnés est introduite et mise en lien avec les propriétés dynamiques des groupes d'isométries des espaces ultrahomogènes. Une importance particulière est attachée au théorème de Nesetril et à sa conséquence (originalement due à Pestov) selon laquelle toute action continue du groupe des autoisométries de S_U sur un compact admet un point fixe. Des résultats analogues sont ensuite obtenus dans d'autres cas, en particulier les espaces ultramétriques et l'espace de Baire. La troisième partie est quant à elle axée sur la notion de stabilité par oscillations. Pour la sphere de l'espace de Hilbert, la stabilité par oscillations n'est pas satisfaite ; il sagit d'un résultat essentiel en analyse fonctionnelle dû à Odell et Schlumprecht et équivalent à l'existence d'une application uniformément continue f de S_H dans [0,1] qui ne stabilise (ne devient presque constante) sur aucune copie isométrique de S_H dans S_H. En revanche, pour la majorité des autres espaces séparables ultrahomogènes, rien ne permet de démontrer ou de réfuter la stabilité par oscillations. C'est à ce problème qu'est consacré l'essentiel de la dernière partie. Cela conduit à la caractérisation complète des espaces ultramétriques séparables ultrahomogènes stables par oscillations et à une solution partielle dans le cas de la sphère d'Urysohn S_U.

Mots clés: Ramsey theory; Finite metric spaces; Ultrahomogeneous metric spaces; Topological dynamics; Isometry groups.

Mots clés: Dynamique topologique; Groupes d'isométries.; Groupes d'isométries; Théorie de Ramsey; Espaces métriques finis; Espaces métriques ultrahomogènes

Domaines: Mathématiques [math]

Lionel Nguyen van Thé. Théorie de Ramsey structurale des espaces métriques et dynamique topologique des groupes d'isométries. Mathématiques [math]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00139239⟩