Adloun

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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