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Niveau Maths sup
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Exercice compliqué ! Application et ensemble.

Posté par
olive_68
06-11-09 à 23:28

Bonjour

Alors là je bloque totalement sur cette exercice, je n'ai pas d'idées et ça fait un petit bout de temps que je cherche mais bon sans résultat :

Citation :
On pourra utiliser librement les propriétés fondamentales de l'ensemble 3$\bb{N} des entiers naturels que voici :

Toute partie non vide de 3$\bb{N} possède un plus petit élément (c-à-d un élément plus peti que tous les autres).

Tout partie non vide majorée de 3$\bb{N} possède un plus grand élément (c-à-d un élément plus grand que tous les autres).

Rappelons qu'une partie A de 3$\bb{N} est dite majorée si il existe un entier naturel 3$c tel que pour tout élément 3$n de A, on a 3$ n\le c.

Existe-t-il une application 3$f de 3$\bb{N} dans 3$\bb{N} tel que 3$ f(f(n))=n+2009 pour tout entier naturel 3$n ?


Voilà Voilà désolé de ne pas mettre de piste puisque j'en ai pas vraiment
C'est un exercice tirée des olympiades : mais comme il n'y a pas d'indications ou de correction je n'ai pas de piste ^^

Merci d'avance

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 06-11-09 à 23:30

tiens... bonsoir Olive !

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 06-11-09 à 23:31

Hé, bonsoir Alain ça va ?

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 06-11-09 à 23:33

oui... je suis en train de me pencher sur ton problème...

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 06-11-09 à 23:35

C'est gentil , merci beaucoup de prendre de ton temps pour m'aider

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:08

Tit

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:10

pas évident... je cherche une astuce !
on n'a aucun autre renseignement sur f ?

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:13

Ah je croyais que tu étais parti d'où mon pardon

Non non l'énoncé posté est exactement celui qui est sur ma feuille, donc aucun renseignement supplémentaire

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:19

je cherche... je cherche !

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:38

On est deux alors Pour ma part, pas moyen d'utiliser les "pré-recquis" et je ne vois même pas ce qu'il on a intervenir ici.

Je pars dans des trucs de ce type :

3$f\circ f \circ f \circ f(n)=\fr{f\circ f \circ f \circ f(n)}{2}

Et j'ai l'impression de faire fausse route au vu des indications .. pourtant j'aurais penser pouvoir conclure à partir de ça ^^

Le raisonnement :

Citation :
Si on suppose que c'est appli existe alors 3$f\circ f (n)=n+2009 soit 3$f\circ f \circ f \circ f(n)=n+4018

Donc 3$f\circ f (n)=\fr{n+f\circ f \circ f \circ f(n)}{2}=n+2009

Soit 3$f\circ f \circ f \circ f(n)=\fr{f\circ f \circ f \circ f(n)}{2}


Or seul l'application nulle est solution (A mon avis ) d'où l'absurdité mais bon je trouve rien qui utilise les données de l'énoncé ..

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:38

bon... ce qui est sûr c'est que si f existe, elle est injective et n'a pas de point fixe...
je continuerai à y réfléchir demain !
alain

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:41

Ah bon ? mais si tu as trouvé tout ceci alors tu as répondu à la question non ?

En tout qu'à merci beaucoup

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:41

je ne comprends pas bien ton dernier "donc" !
tu tournes en rond !
fofofof(n) = fofofof(n) !...

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:42

En tout cas *

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:44

ben ce que je dis est assez immédiat
si f(n) = f(n'), en réappliquant f une fois on obtient n=n'

et f(n)=n conduit à n+2009=f(n) ce qui est contradictoire

je ne vois pas en quoi cela répond à la question...

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:45

Honte à moi ..

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:46

je vais aller dormir !
bonne nuit à toi
alain

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:46

Et pour ton dernier poste, je croyais avoir lu "c'est que f existe" et non "c'est que si f existe" je ferais mieux d'aller dormir ^^

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 00:47

Bonne nuit Alain, et merci beaucoup de t'être penché sur mon problème

Posté par
Rodrigo
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 01:31

Bonsoir,
Il me semble que j'ai une solution (mais il est tard je dis peut etre une bétise).
Montre que d'abord si on se place assez loin alors tout element a un antecedant par f et de plus f est injective

Prends alors x_0,...,x_2008 des antecedants de a,...,a+2008
Alors si je note par une fleche ce sur quoi s'envoie un element par f, tu as (je note M=2009)
x_i->a+i->x_i+M->a+i+M->x_i+2M...

Montre alors que x_i=x_j[2009] ssi i=j.
Montre ensuit que tu peux regrouper les indices 2 à 2 avec x_i=a+j[2009] et x_j=a+i[2009]... C'est a dire que x_i=a+j+kM et x_j=a+i+lM, a partir de la tu peux construire un point fixe de fof...

Il est pas impossible que je me sois trompé quelque part... il est tard (néanmoins je suis assez persuadé que modulo quelques modifications ca doit marcher...)

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 01:37

Salut Rodrigo

Tout d'abord merci de ta réponse

Wow ça ne m'a pas l'air très évident tout ça ^^ Que veux tu dire par "si on se place assez loin" ?

Posté par
Rodrigo
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 01:44

Ce que je veux dire c'est que que f n'est pas nécéssairement surjective néanmoins il est facile de voir que si on prend a>=2009 alors il existe u tel que f(u)=a, en effet ecrot a=2009+l alors fof(l)=a.

C'est pour ca que si tu prends a assez grand tu peux bien trouver les x_i tels que je les ai defini, en fait tu peut meme prendre a=2009... mais j'ai pris un a au hasard pour ne pas surcharger la redaction aevc des 2009 partout.

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 11:15

(Bonjour Rodrigo)

bon, je vous propose la piste suivante et vous me dites ce que vous en pensez (cherche la faille... cap'tain Bloody Samouraï !)

hypothèses : f telle que fof(n)=n+2009 n

déjà démontré : f injective sans point fixe

nouvelles propositions :
soit A={n ; f(n) n+1004}
et B={n ; f(n) n+1005}

1) =AB
2) AB=
3) f(A)B
4) f(B)A
5) donc A et B
6) xA x+2009A (et idem avec B)

j'ai l'intuition qu'avec cette partition de on doit arriver à une contradiction, mais je n'arrive pas à finaliser...

Je continue à creuser !

Alain

Posté par
infophile
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 11:19

Bonjour à tous

Alain > Le post d'olive de 0h38 est un bon début, tu ne devrais pas le décourager avec un peu travail on peut conclure.

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 11:27

ah bon ?
loin de moi l'idée de le décourager !
je dis simplement que je ne comprends pas du tout comment il obtient fofofof(n) = même chose/2

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:01

  Yo!
Voila je ne suis pas super fort en maths, mais j'aimerai bien donner mon avis sur la question.
Deja dans ce type de probleme, au vu du peu d'information qu'on a:
1.Soit elle existe et on peut trouver une telle fonction.
2.Soit elle n'existe pas, on raisonne par l'absurde, en supposant qu'il existe une telle fonction.

R1. J'ai l'impression que ca ne va pas marcher. (pas un argument mathématiques en soi, bien sur)
    car supposons que cette fonction soit affine. (je ne vois pas comment, elle pourrait ne pas
    l'etre pour l'instant, mais bon). Pour tout n, f(n)= an + b. Il est clair que a et b sont entier.
    fof(n)= a²n + ab + b = n + 2009
    Donc a = 1 et 2b = 2009
    or 2009 n'est pas pair (je suis pas sur... ) donc contradiction.
   (on aurait eu 2008, le probleme etait réglé).
    Conclusion: la recherche concrete abouti sur une intuition que ce n'est pas possible.

R2. On passe alors vers un raisonnement plus abstrait, l'absurde, supposons qu'une telle fonction existe
    Voila pour essayer d'utiliser l'énoncé, je pense qu'on peut faire la disjonction de cas suivante:
    soit f est surjective sur N, soit elle l'est sur une partie de N. partie de N qui a un max...
    ET... je sais pas, peut etre que l'appliquer une deuxieme fois, lui fait depasser son max.
    enfin je ne pense pas, il faut exploiter le fait que ca marche avec 2008 et pas avec 2009.
    
Voila, j ai dit pas mal de truc evident, pas trop de co....ries j'espere. Je vais y reflechir encore un peu
    

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:08

oui, mais bon !

on peut ajouter à mes remarques précédentes (grâce à celle de Rodrigo) :
7) tout entier 2009 admet un antécédent par f

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:12

oups desolé j'ai dit un grosse con...ries sur les parties de N et les max.

A mat: je pense qu'on peut meme dire, fof est une bijection
donc f est une bijection, nein?

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:18

Meme fof est une bijection de N dans [0,2009], si je ne m'abuse.
donc de meme pour f

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:22

euh, je m'abuse. la bijection est de N dans N-[0,2009]

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:26

Bonjour à tous le monde

Kévin >> Enfait j'ai fais a magic mistake of calcul : 3$\fr{a+b}{c}=\fr{a}{c}+b (Calcul que j'ai fais 3 fois, 3 fois la même faute) .

Merci Alain pour toutes tes pistes !
Je comprends les résultats dans ta liste mais ils ne me serait pas venu à l'esprit de prouver tout cela..

Dans le lien que j'ai posté dans mon premier topic on doit montrer que fof(n)=n+1987 n'a pas de solution pour des fonctions de N dans N, ici ce doit être également le cas..
Pas moyen de mettre la main sur le corrigé.

D'un côté c'est rassurant de voir que, malgrès l'apparence très simple de la question, elle ddonne du fils à retordre à des mathématiciens de vos niveaux ^^

Je continue à chercher mais j'ai l'impréssion que vous aurez la réponse bien avant moi

Merci beaucoup

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:34

Pourquoi on ne pourrait pas dire:
n > 2009 a un (unique) antecedent par f appelé a
supposons que a appartiene a N-[0,2009]
alors a admet un antécédent b....
ainsi f(f(a)) = n = n + 2009
0 = 2009 (une belle contradiction!)

ainsi a appartient a [0,2009]

Posté par
mactorn
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:35

ca peut etre pas mal ca, non?

Posté par
Rodrigo
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:43

JE confirme que ma solution fonctionne bien...(meme fatigué je dis aps trop de conneries )

LA clé c'est de remarquer que si tu prends un systeme d'antecdants de a,a+1,...,a+2008, alors leurs antecedants forment un systeme complet de representants modulo 2009, et tu connais virtuellment toutes les images de tous les elements a partir de ces 2.

Montre ensuite que tu peux regrouper les i et j par paire tels que les x_i=a+j[2009] et x_j=a+i[2009].

Posté par
infophile
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:47

J'ai une solution mais elle utilise un théorème de spé.

Supposons que 3$ f existe. On a 3$ \forall n\in \mathbb{N}, f\circ f\circ f(n)=f(n+2009)=f(n)+2009 (1)

On sait alors qu'il existe 3$ F de 3$ \mathbb{Z}/2009\mathbb{Z} dans lui même  telle que 3$ F(\bar{n})=\overline{f(n)} pour tout n.

D'où 3$ F\circ F(\bar{n})=\overline{n+2009}=\bar{n}, ainsi 3$ F est involutive.

Comme 3$ Card(\mathbb{Z}/2009\mathbb{Z}) est impair il existe 3$ m\in \mathbb{Z} tel que 3$ F(\bar{m})=\bar{m} et donc 3$ f(m)-m\in 2009\mathbb{Z}

Ecrivons 3$ f(m)=m+2009k, d'après (1) on a : 3$ f\circ f(m)=f(m+2009k)=f(m)+2009k=m+4018k

Or 3$ f\circ f(m)=m+2009 donc on aboutit à 3$ 2009(2k-1)=0 ce qui est absurde.

Posté par
Rodrigo
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:52

Salut infophile...
C'est plus ou moins la meme solution que moi en fait mais dan un langage où elle est plus agreable à ecrire.

Posté par
infophile
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:56

Salut Rodrigo

Désolé je ne t'avais pas lu

Posté par
Rodrigo
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 12:57

Nan mais y a pas de souci... et de toute façon voir que 2 personnes ont eu la meme idée, ca tend a prouver que l'idée est juste

Posté par
MatheuxMatou
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 16:00

tout cela est très intéressant et je crois qu'on peut reprendre tout cela sans utiliser de théorème de spé (merci Infophile !)

1) f injective
2) f(x+k*2009)=f(x)+k*2009 (démo d'infophile avec récurrence sur k)... et cela fonctionne aussi avec k négatif tant que x+k*2009 est positif ou nul

je pose A={0;1;2;...;2008}

J={xA ; f(x)A}
K={xA ; f(x)A}

il est clair que J et K forment une partition de A

Si xJ, alors f(x)A et f(f(x))=x+2009A donc f(x)K
f est donc une injection de J dans K
et donc card(J)card(K)

Si xK, alors y=f(x)A, et donc y2009
on a alors f(f(y-2009))=y=f(x)
par injectivité : f(y-2009)=x
si on avait y-20092009, on aurait f(y-2*2009) = f(y-2009)-2009 = x-2009 < 0, ce qui est absurde
donc y-20092008
c'est à dire y-2009A
avec f(y-2009)=xA
donc y-2009J
l'application xKf(x)-2009J établit donc une bijection de K dans J et donc card(K)card(J)

finalement card(K) = card(J)

et A a un nombre impair d'éléments... donc on ne peut le partitionner en deux ensembles de même cardinal...

d'où l'absurdité de la chose

et donc une telle f n'existe pas...

cordialement à vous tous

MM

Posté par
olive_68
re : Exercice compliqué ! Application et ensemble. 07-11-09 à 16:49

Re à tous

Merci beaucoup de vous être penché sur mon problème !

Je vais regarder ca se soir, là un train m'attend ou plutôt le contraire ^^



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