L3 - 2016/2017 - TD5 Mercredi 12 octobre Mathématiques discrètes
(c) Il existe un entier naturel non nul ntel que pour tout mdans M,mn+1 =mn.
(a)⇒(b): il existe mdans Mtel que, pour tout entier naturel non nul n,mn+1 6=mn. Par le
principe des tiroirs, il existe des entiers 0< k < l tels que mk=ml. On choisit pour lle plus petit
entier tel qu’il existe un entier l > k et mk=ml. On prend alors kle plus petit possible et on pose
p=l−k. Alors m, m2, ..., ml−1sont des éléments tous distincts et {mk, ..., ml−1}est un groupe
d’ordre p(d’élément neutre mr,rétant le multiple de pentre ket l−1 = k+p−1). L’hypothèse
assure que p≥2.
(b)⇒(c): on prend le maximun sur les éléments de M.
(c)⇒(a): S’il existe un entier naturel non nul ntel que, pour tout mdans M,mn+1 =mn, le
seul élément inversible de Mest 1donc Mest apériodique.
5. Soit Lun langage rationnel et soit MLson monoïde syntaxique. Par définition du monoïde syn-
taxique, on déduit de la question précédente que MLest apériodique si et seulement si, pour tout
mot u, il existe un entier naturel non nul ntel que pour tous mots v, w,vunw∈L⇔vun+1w∈L.
dans ce cas, on appelle indice de Let on note i(L)le plus petit entier naturel non nul ntel que
pour tous mots v, w,vunw∈L⇔vun+1w∈L.
(a) Démontrer les propriétés suivantes:
i. i({a})=1,
ii. i(L∪L0)≤max(i(L), i(L0)),
iii. i(LL0)≤i(L) + i(L0)+1,
iv. i(Σ∗\L) = i(L).
(b) En déduire que le monoïde syntaxique d’un langage sans étoile est apériodique.
6. Soit Mun monoïde fini apériodique. Démontrer les propriétés suivantes:
(a) Règles de simplification : Pour tous k, l, m dans M,
m=kml ⇒m=km =ml.
m=kml donc m=knmln; si nvérifie kn+1 =knet ln+1 =ln, on a m=km =ml.
(b) 1est le seul élément inversible à droite ou à gauche.
Soit minversible à droite d’inverse l.1 = ml = 1ml ⇒m=ml = 1.
(c) ∀m∈M, (mM ∩Mm)\ {k∈M|m /∈MkM}={m}.
Soit p∈(mM ∩Mm)\ {k∈M|m /∈MkM}. Soient ket ldans Mtels que p=km =ml.
Comme p /∈ {k∈M|m /∈MkM},m∈MpM, donc il existe ret sdans M m =rps.
Ainsi, m=rps =r(ml)s=mls par simplification donc m=ps ;p=km =kps =ps par
simplification donc p=m.
L’inclusion inverse est évidente.
7. Soit Mun monoïde fini apériodique. Soit m∈M. On définit ρ(m) = |MmM |.
(a) Démontrer que le seul mtel que ρ(m) = |M|est m= 1.
ρ(m) = |M|si et seulement si M mM =Msi et seulement si 1∈M mM. Or 1∈MmM
implique 1 = mpar simplification.
(b) Si met nvérifient : m∈nM et n /∈mM, alors ρ(n)> ρ(m).
Comme m∈nM,MmM ⊂MnM. Si n∈MmM, alors il existe pet qtels que n=pmq ;
soit ktel que m=nk. Alors n=pnkq, par simplification n=nkq =mq ∈mM. On obtient
une contradiction. L’inclusion MmM ⊂MnM est stricte.
J. Dubut, A. Lick, C. Picaronny 4 E.N.S. de Cachan