Soit n ≥ 1. Sur ℤ, on pose a ≡ b [n] ⟺ n divise b - a. Montrer que…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 1 — Raisonnement et vocabulaire ensembliste · G. Relations binaires : équivalence et ordre
Énoncé
Soit . Sur , on pose divise . Montrer que c'est une relation d'équivalence, puis que se partitionne en exactement classes (c'est le théorème de partition des classes appliqué à un cas qui servira toute l'année).
Corrigé
1) est une relation d'équivalence sur .
- Réflexivité. Pour , , donc et .
- Symétrie. Si , il existe tel que . Alors avec , donc .
- Transitivité. Si et , écrivons et . En additionnant, , donc .
La relation est donc une relation d'équivalence.
2) se partitionne en exactement classes.
Le cours affirme qu'une relation d'équivalence partitionne l'ensemble en ses classes ; il reste à compter ces classes, et c'est la division euclidienne qui les fournit.
Toute classe rencontre . Soit . La division euclidienne de par s'écrit avec et . Alors , donc et Il y a donc au plus classes, à savoir , et leur réunion est tout entier.
Ces classes sont deux à deux distinctes. Soient avec et supposons . Alors . Or et aucun multiple non nul de ne se glisse strictement entre et : contradiction. Donc .
Deux classes d'équivalence étant égales ou disjointes, les classes sont deux à deux disjointes, non vides, et de réunion : elles forment une partition de en exactement classes.
Lecture. La classe de est l'ensemble : les entiers de même reste dans la division par . Le quotient se note , et l'on vient de montrer qu'il a éléments.
Le nombre de classes est le nombre de restes possibles : c'est la division euclidienne, et elle seule, qui rend la partition explicite. On retrouvera cette construction toute l'année — en arithmétique bien sûr, mais aussi dès qu'un ensemble sera quotienté par une relation d'équivalence.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.