•Montrons la surjeivité de s. Considérons l’ensemble A=s(E)∪{0}. Par hypothèse, on a 0 ∈A. Si
maintenant on prend n∈Aalors n∈Eet donc s(n)∈s(E)⊂A. Ainsi, par le principe de réccurence on
en déduit que A=Eet donc que s(E) = E−{0}.
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Théorème .— Un ensemble non vide ordonné (E,≤)vérifie les axiomes S.,,,. si et seulement si
l’ensemble Evérifie les axiomes (dits de Peano) suivants :
P..il exie un élément 0∈Eet une application s:E→E.
P..L’application seinjeive et à valeurs dans E−{0}.
P..Toute partie Ade Evérifiant 0∈Aet s(A)⊂Aeégale à E.
Preuve : S.0,1,2,3.=⇒P .0,1,2.eclair, la fonion sà considérer étant la fonion successeur. La
réciproque eadmise. Un des ingrédients de la preuve consie dans le fait que l’ordre ≤que l’on
recherche sur Ese définit de manière non-équivoque par les deux propriétés suivantes : /∀x∈E,
0≤x./∀x,y ∈E,x≤y⇐⇒ s(x)≤s(y).
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Théorème .— Soient (E,≤)et (E0,≤0)deux ensembles ordonné vérifiant les axiomes S.,,,. Il exie une
unique bijeion croissante de Esur E0.
Preuve : Notons 0 (resp. 00) le plus petit élément de E(resp. de E0).
•Unicité. Soient fet gdeux bijeions croissantes de Esur E0. L’application g−1◦fedonc une
bijeion croissante de Edans lui-même. Une telle application enécessairement égale à l’identité
(exercice).
•Exience. On considère l’ensemble Edes applications f:A−→ E0telle que :
a) ∀a∈A,b≤a=⇒b∈A,
b) friement croissante,
c) f(0) = 00,
d) ∀a∈A−{0},f(p(a)) = p0(f(a)) où p0désigne la fonion prédécesseur de E0.
L’ensemble Eenon vide car f:{0} −→ E0définie par f(0) = 00ecertainement un élément de
E. Sur E, on considère l’ordre défini de la manière suivante :
f:A−→ E0g:B−→ E0⇐⇒ A⊂Bet g|A=f
L’ensemble ordonné (E,) einduif car, si {fi:Ai−→ E0}idésigne une chaîne, alors l’ensemble
A=SiAisatisfait la condition a) et l’application f:A−→ E0définie par f(a) = fi(a) pour tout a∈Ai
ebien définie à cause de la définition de et vérifie b), c) et d) (exercice).
D’après Zorn, Epossède un élément maximal f:A−→ E0. On a obligatoirement A=E(exercice).
Maintenant, fétant riement croissante einjeive. Il ree donc à regarder sa surjeivité. Sup-
posons que f(E),E0et soit yle plus petit élément de l’ensemble E0−f(E). On a y,00(car f(0) = 00) et
donc p0(y)∈f(E). Il exie donc x∈Etel que f(x) = p0(y), mais f(x) = f(p(s(x))) = p0(f(s(x))) et donc,
par injeivité de p0, on a y=f(s(x)) ∈f(E) ce qui eabsurde.
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En conclusion, tous les ensembles ordonnés vérifiant les axiomes S.,,,. sont isomorphes en
tant qu’ensembles ordonnés, leurs propriétés pour cette ruures sont donc les mêmes. Dans la suite
on choisira Nun tel ensemble (l’exience d’un tel ensemble econsécutive d’axiomes de la théorie
des ensembles). On l’appelera "ensemble des entiers naturels".