ensembles, relations, lois de composition [PDF: 82 ko]

Universit´
e Antilles–Guyane DEUG MIAS 2eann´ee
UFR Sciences Exactes et Naturelles Alg`ebre 3
D´
ept Scientifique Interfacultaire 1er semestre 2005-2006
T.D. s´erie 4 : ensembles, relations, lois de composition
Ensembles
Exercice 1. (a) En fonction de x, y R, donner le cardinal de l’ensemble {x, y}.
(b) L’ensemble vide est d´efini par : x:x /∈ ∅. En d´eduire :
(i) ∅ ⊂ Epour tout E; (ii) A⊂ ∅A=; (iii) P() = {∅}.
(c) Pour les parties A= ]1,2] et B= [1,3[ de R, d´eterminer :
(i) B\Aet (ii) BA={ba;aA, b B}.
Exercice 2. Faire un scema avec deux ensembles non disjoints pour illustrer les
lois de de Morgan, et la diff´erence sym´etrique AB= (AB)\(AB).
Relations
Exercice 3. Pour deux relations R:EF,S:FG, on d´efinit la relation
compos´ee SR:EGpar x(SR)z⇒ ∃yF:xRyySz.
(a) Montrer que la composition est associative, c-`a-d. :
(TS)R=T(SR), pour toute relation TG×H.
(b) Une relation Rest une fonction ssi x, y, y0:xRyxRy0y=y0.
Montrer que la compos´ee de deux fonctions est une fonction.
(c) Montrer que SRest injective si Ret Sle sont. L’injectivit´e de R
est-elle n´ecessaire ? et celle de S?
(d) Montrer que SRest surjective si Ret Sle sont. La surjectivit´e de S
est-elle suffisante ? n´ecessaire ? et celle de R?
(e) Sous quelle condition est-ce que la r´eciproque R1d’une relation R
est-elle une fonction ? Sous quelle condition est-elle surjective ?
Relations d’ordre
Exercice 4. Soient (E, R) et (F, S) deux ensembles ordonn´es. On appelle ordre
lexicographique sur E×Fla relation binaire d´efinie sur E×Fpar
(x, y)T(x0, y0)(xRx0x6=x0)(x=x0ySy0).
Montrer que c’est une relation d’ordre. G´en´eraliser `a un ordre sur En, n N
.
Relations d’´
equivalence
Exercice 5. (a) Montrer que la relation : xRyxyest divisible par 5,
est une relation d’´equivalence sur Z. D´ecrire l’ensemble quotient Z/R.
(b) Montrer que si xRx0et yRy0, alors (x+y)R(x0+y0) et (x y)R(x0y0).
Exercice 6. Soient Ret Sdes relations d’´equivalence sur des ensembles Eet F.
Sur E×F, on d´efinit une relation binaire Tpar :
(x, y)T(x0, y0)xRx0ySy0.
(a) Montrer que Test une relation d’´equivalence.
(b) Exhiber une bijection entre (E×F)/Tet (E/R)×(F/S).
Exercice 7. Soient E,Fdeux ensembles, f:EFune application, et Sune
relation binaire sur F. Montrer que la relation binaire Rd´efinie sur Epar
x, y E:xRyf(x)Sf(y) ()
h´erite des propri´et´es (r´eflexivit´e, transitivit´e, sym´etrie,...) de la relation S.
Exercice 8. Soient R,Sdes relations d’´equivalence sur des ensembles Eet F
respectivement. Une application f:EFest dite compatible avec les re-
lations Ret Ssi, et seulement si, elle v´erifie x, y E:xRyf(x)Sf(y).
(a) Soit fcompatible avec Ret S. Montrer qu’il existe une unique applica-
tion g:E/ RF/ Stelle que le diagramme suivant soit commutatif :
Ef
F
π π0
E/ Rg
F/ S
,
c’est-`a-dire telle que π0f=gπ(avec π:x7→ c`(x)).
(b) R´eciproquement, supposons qu’il existe g:E/ RF/ S, telle que
π0f=gπ. Montrer que fest compatible avec Ret S.
Lois de composition
Exercice 9. Etudier les suivantes lois de composition internes sur R(associati-
vit´e, commutativit´e, existence d’un ´el´ement neutre, ´el´ements inversibles) :
(a) ab=a2+b2,
(b) ab=a+bab ; calculer an=a∗···∗apour tout nN.
(c) ab=a+b+|ab|
2.
Exercice 10. Sur les parties P(E) d’un ensemble E, l’union, l’intersection et la
diff´erence sym´etrique sont des l.c.i. ´
Etudier les propri´et´es de ces lois.
Exercice 11. Etudier la loi d´efinie sur E=Q2par : (a, b)|(a0, b0) = (aa0, ba0+b0).
Exercice 12. On consid`ere l’ensemble G=R×R, muni de la loi (x, y) & (x0, y0) =
(x x0, y x0+f(x)y0), Quelles conditions doit v´erifier l’application f:RR
pour que & soit commutative ? associative ? admette un ´el´ement neutre ?
Quels sont dans ce dernier cas les ´el´ements inversibles ?
Exercice 13. Trouver une condition n´ecessaire et suffisante sur (a, b, c)R3
pour que Rmuni de la loi xy=a(x+y) + b x y +csoit un groupe.
Morphismes
Exercice 14. Soit fun morphisme d’un magma (G, ·) dans un magma (H, ).
Montrer que si (G, ·) est un groupe ab´elien, alors (f(G),) l’est aussi.
(On parle de «transport de structure »par un morphisme surjectif.)
Attention : A-t-on toujours f(eG) = eH? (Consid´erer o:RR, x 7→ 0.)
Exercice 15. Montrer que l’application r´eciproque d’un isomorphisme (c’est-`a-
dire d’un morphisme bijectif) en est un aussi.
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