mathématiques MPSI · Chapitre 1 · Application directe du cours
Cardinal des classes d'une relation algébrique
Raisonnement et vocabulaire ensembliste · G. Relations binaires : équivalence et ordre · niveau 2
Énoncé
Soit la relation définie dans par :
a) Vérifier que est une relation d'équivalence. b) Pour tout de , préciser le nombre d'éléments de .
Corrigé
Considérons la fonction définie par . On remarque que pour tous , la relation s'écrit :
a) La relation est définie comme la relation d'équivalence associée à la fonction . Vérifions-le formellement :
- Réflexivité : Pour tout , , donc .
- Symétrie : Si , alors , donc , soit .
- Transitivité : Si et , alors et , donc , soit .
Ainsi, est bien une relation d'équivalence.
b) Le nombre d'éléments de la classe d'équivalence est égal au nombre de solutions réelles de l'équation . Étudions la fonction pour connaître son nombre d'antécédents. La fonction est dérivable sur comme fraction rationnelle dont le dénominateur ne s'annule pas. Pour tout : Remarquons que est racine évidente de . En factorisant par , on obtient : Le discriminant de est , donc ce facteur est toujours strictement positif. Ainsi, est du signe de . On en déduit les variations de :
- sur : y est strictement croissante.
- sur : y est strictement décroissante.
Calculons les limites et les extremums locaux :
- et .
- Maximum local en de valeur .
- Minimum local en de valeur .
Cherchons les abscisses des points où reprend les valeurs et :
- ou .
- . Puisque est racine double de cette équation (car maximum/minimum local), on factorise par : ou .
En utilisant le théorème des valeurs intermédiaires sur chaque intervalle de monotonie, on en déduit le nombre de solutions de :
- Si , ce qui correspond à , l'équation possède exactement solutions. La classe contient éléments.
- Si , ce qui correspond à , l'équation possède solutions. La classe contient éléments.
- Si , ce qui correspond à , l'équation possède unique solution. La classe contient seul élément (l'élément lui-même).
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