Pour bien d´emarrer :
ensembles, applications, relations binaires, etc. 01
R´
EPARTITION DES EXERCICES
Pour se mettre en app´
etit ..................................................1.01 1.07
Les plats principaux ......................................................1.08 1.19
Desserts et friandises .....................................................1.20 1.22
I. ´
Enonc´es des exercices
1.01 Soit E,F,G trois ensembles, fune application de Evers F,gune application de Fvers
G. Montrer que :
a) gfinjective =finjective.
b) gfinjective et fsurjective =ginjective.
c) gfsurjective =gsurjective.
d) gfsurjective et ginjective =fsurjective.
1.02 Donner un exemple de bijection de Rdans Rnon monotone.
1.03 Soit fla fonction d´eÀnie de R\{3}dans Rpar : xR\{3},f(x)=2+x
3x·
1)Soit yun r´eel Àe. R´esoudre l’´equation y=2+x
3x·
2)En d´eduire que fest injective, mais qu’elle n’est pas bijective. Montrer en revanche
qu’il existe un r´eel atel que fsoit une bijection de R\{3}sur R\{a}, et expliciter la
bijection r´eciproque.
1.04 Soit f:R]1,1[ eÀnie par f(x)= x
1+|x|·Montrer que fest bijective, pr´eciser la
bijection r´eciproque.
1.05 On d´eÀnit dans l’ensemble RRdes applications de Rvers Rla relation par :
fg⇐⇒ xR,f(x)g(x)
1)eriÀer que est bien une relation d’ordre dans RR. Est-elle totale ?
2)Soient fet gappartenant `aRR,`a quelle condition la partie A={f, g}poss`ede-telle un
maximum ?Aposs`ede-t-elle toujours une borne sup´erieure ?
Chapitre 1 : Pour bien d´
emarrer
Toute partie non vide major´ee de RRposs`ede-t-elle une borne sup´erieure ?
1.06 Si fest une application de Evers F, on dit qu’une partie Ade Eest un domaine d’injectivit´e
de fsi la restriction de f`a Aest injective, et ce domaine est dit maximal si le seul domaine
d’injectivit´e contenant Aest A.
eterminer un domaine d’injectivit´e maximal pour f:RR,x → x2et pour
f:RR,x→ x3x
Montrer que si Aest un domaine d’injectivit´e, le domaine Aest maximal si et seulement si
f(A)=f(E).
1.07 On d´eÀnit dans l’ensemble des fonctions r´eelles d´eÀnies sur [0,+[les relations Ret S
suivantes :
fRg⇐⇒ ε>0,A>0,x>A,|f(x)g(x)|.
et
fSg⇐⇒ A>0,ε>0,x>A,|f(x)g(x)|.
eriÀer que Ret Ssont r´eÁexives, sym´etriques et transitives.
Quelle relation implique l’autre ? Donner un exemple de couple (f,g)eriÀant l’une et pas
l’autre.
♦♦
1.08 Eest un ensemble ordonn´e dans lequel toute partie Ànie admet une borne inf´erieure et une
borne sup´erieure. Soit (xi,j )1in,1jpune famille d’´el´ements de E. Montrer que :
inf
1insup
1jp
xi,j sup
1jpinf
1inxi,j .
1.09 Le plan usuel est rapport´e`aunrep`ere R. On consid`ere 5points du plan, dont les coordonn´ees
sont toutes enti`eres. Montrer qu’il existe au moins deux points de cette famille tels que le
milieu du segment qu’ils d´eterminent soit `a coordonn´ees enti`eres.
1.10 Soit P(E)l’ensemble des parties d’un ensemble E,Aet Bdeux parties de EÀees, on
note Xle compl´ementaire de Xdans Eet on consid`ere :
f:P(E)→P(E),X → (AX)(BX).
Montrer que l’´equation f(X)=a au moins une solution si et seulement si AB=et
eterminer alors toutes les solutions de cette ´equation.
1.11 Soit E,F deux ensembles, fune application de Evers F,gune application de Fvers E.
Montrer que si fgfest bijective, alors fet gsont bijectives.
1.12 Soit Fla fonction de Rdans R2eÀnie par : tR,F(t)=1t2
1+t2,2t
1+t2
1)Montrer que Fest injective.
8
Chapitre 1 : Pour bien d´
emarrer
2)Montrer que F(R)S1={(x, y)R2/x
2+y2=1}.
3)On pose E=S1\{(1,0)}. Montrer que Fealise une bijection de Rsur E, not´ee
F,etd´eterminer la bijection r´eciproque
F1.
4)Retrouver le r´esultat pr´ec´edent en posant t=tanθ
2.
1.13 Des images et des images r´
eciproques.
Soient Eet Fdes ensembles et fune application de Edans F.
1)Soit Aun sous-ensemble de E.
a) Montrer que Af1(f(A)).
b) Montrer que si fest injective alors A=f1(f(A)).
c) Soit xun ´el´ement de E. Montrer que si f1f({x})={x}alors f(x)n’a qu’un seul
ant´ec´edent.
d) En d´eduire que : finjective ⇐⇒ X∈P(E),f1f(X)=X.
2)Soit Bun sous-ensemble de F.
a) Montrer que f(f1(B)) B.
b) Montrer que si fest surjective alors B=f(f1(B)).
c) Soit yun ´el´ement de F. Montrer que si ff1({y})={y}alors ya au moins un
ant´ec´edent.
d) En d´eduire que : fsurjective ⇐⇒ X∈P(F),ff1(X)=X.
1.14 Soit fl’application de Cdans CeÀnie par f(z)= 1
z·
1)fest-elle injective ? Surjective ?
On consid`ere les ensembles E={zC/|z1|=1}et F=zC/e(z)=1
2.
2)a) Si on identiÀeCau plan usuel, donner la nature g´eom´etrique de Eet Fet donner
leurs ´equations cart´esiennes.
b) V´eriÀer que f(E\{0})F.
c) Montrer que finduit une bijection de E\{0}sur F.
1.15 Soit fune application croissante de [0,1] dans [0,1]. On souhaite montrer que fadmet un
point Àxe, c’est-`a-dire qu’il existe [0,1] tel que f()=.
1)On pose A={x[0,1] /f(x)x}. Montrer que Aest non vide et major´ee.
2)On note alors c=supA. Montrer que c[0,1].
3)Montrer que cf(c), puis montrer que f(c)A.
4)Conclure.
1.16 Une bijection de N2dans N.
9
Chapitre 1 : Pour bien d´
emarrer
Pour tout nde N,onpose:An={kN/2kest un diviseur de n}.
1)ecrire l’ensemble A0.
2)Supposons d´esormais n=0. Montrer que Anadmet un plus grand ´el´ement p.
3)Montrer que nse d´ecompose en n=2
p.(2q+1)avec qnombre entier.
4)En d´eduire que l’application f:N×NN,(p, q)→ 2p(2q+1)est bijective.
1.17 Existe-t-il une fonction surjective fde Rdans Rtelle que xR,f(f(x)) = (f(x))2?
1.18 Soit f∈F(R,R)et aRtels que :
f(0) = 1
2et (x, y)R2,f(x+y)=f(x)f(ay)+f(y)f(ax).
Montrer que fest constante.
1.19 Equivalence des principes de r´ecurrence et du plus grand ´el´ement dans N.
1)Rappeler les principes de r´ecurrence et du plus grand ´el´ement dans N.
2)On suppose acquis le principe de r´ecurrence. Soit Eun ensemble Àni et non vide de N.
Montrer par r´ecurrence sur n=card(E)que Eadmet un plus grand ´el´ement.
3)Supposons `apr´esent que le principe du plus grand ´el´ement soit vrai. Soit P(n)une
proposition d´ependant de l’entier naturel n. En consid´erant l’ensemble :
A={nN/P(0) et P(1) et P(2) et ... et P(n)sont vraies }
montrer que le principe de r´ecurrence est vrai.
En d´eduire que le principe de r´ecurrence et le principe du plus grand ´el´ement dans Nsont
´equivalents.
♦♦♦
1.20 Soit Eun ensemble quelconque. Montrer qu’il n’existe aucune application feÀnie sur E
et `a valeurs dans P(E)qui soit surjective.
1.21 1)Rappeler la formule donnant tan(ab)en fonction de tan aet tan bet pr´eciser le
domaine de validit´e de cette formule. Que vaut tan π
6?
2)Montrer que parmi 7eels quelconques, il en existe toujours deux not´es xet yeriÀant
0xy
1+xy 1
3.
1.22 1)Soit f:NNune application injective, telle que nN,f(n)n.
Montrer que nN,f(n)=n.
2)eterminer les applications f:NNtelles que :
nN,f(n)+f(f(n)) + f(f(f(n))) = 3n.
10
Chapitre 1 : Pour bien d´
emarrer
II. Indications
1.01. Rappelons que si fest une application d’un ensemble Evers un ensemble F,onditque:
fest injective, si : x, y E, x =y=f(x)=f(y);
fest surjective si : yF, xE,f(x)=y;
1.02. et que fest bijective si elle est injective et surjective, ce qui s’´ecrit aussi :
fest bijective si : yF, !xE,f(x)=y.
1.04. Distinguer selon le signe de xet ne pas oublier de v´eriÀer que fest bien `a valeurs dans ]1,1[.
1.05. Une relation binaire Rsur un ensemble Eest une relation d’ordre (non n´ecessairement totale) si elle
est :
eÁexive : xE,x Rx ;
transitive : x, y, z E, [xRyet yRz]=xRz;
antisym´etrique : x, y E, [xRyet yRx]=y=x;
1.07. ...et Rest sym´etrique si : x, y E, xR y =yRx.
1.09. Si les coordonn´ees d’un point du plan usuel sont enti`eres, chacune d’elles peut ˆetre paire ou impaire :
il y a donc 4possibilit´es ...
1.12. Attention, si les r´eels uet vne sont pas suppos´es positifs ou nuls, u2=v2n’est pas ´equivalent `au=v.
1.13. Si f:EFet BF,onaf1(B)={xE,f(x)B}, ce qui ne suppose rien sur la fonction
f, mais est une notation purement ensembliste.
1.15. Pour 3) montrer que pour tout xde Aon a xf(c)et utiliser la d´eÀnition de la borne sup´erieure, puis
la croissance de f.
1.16. Tout entier se factorise d’une fa¸con et d’une seule comme produit de nombres premiers, et tous les
nombres premiers sont impairs sauf 2...
Au fait, vous connaissez cette histoire ?  Doit-on dire : tous les nombres premiers sont impairs sauf un, ou
doit-on dire : tous les nombres premiers sont impairs sauf deux ?  (!)
1.17. Si fconvient, soit ytel que f(y)=1. Montrer que y2=1.
1.18. Donner `a xet ydes valeurs particuli`eres, jusqu’`a avoir assez de renseignements.
1.20. Pour fapplication quelconque de Evers P(E), consid´erer la partie A={aE/a /f(a)}et
montrer que cette partie n’est pas dans l’image de f.
1.21. 2) Prendre les arctangentes de ces 7nombres et remarquer qu’il y en a deux dont la diff´erence ne vaut
pasplusdeπ/6.
1.22. 2) Montrer par r´ecurrence que, pour tout non a, f(n)=n. Pour cela supposer la propri´et´e vraie jusqu’`a
un certain rang net fausse au rang n+1, distinguer alors les trois cas f(n+1)<n+1,f2(n+1)<n+1
et f3(n+1)<n+1.
III. Corrig´es d´etaill´es des exercices
Corrig´e 1.01
a) On suppose gfinjective.
Soient x, xEtels que f(x)=f(x). Alors, en appliquant g:g(f(x)) = g(f(x)),i.e.
gf(x)=gf(x). Comme gfest injective, il vient x=x, ce qui prouve que fest injective.
b) On suppose gfinjective et fsurjective.
11
1 / 8 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !