Inscription / Connexion Nouveau Sujet

1 2 +


Niveau Licence Maths 1e ann
Partager :

Involution sur un ensemble fini

Posté par
H_aldnoer
17-10-09 à 13:18

Bonjour,

je bloque sur un exercice que voici. On dispose de \Large E un ensemble fini non vide. On se donne \Large \sigma une involution de \Large E. Je cherche à montrer que si \Large x,y\in E et ne sont pas des points fixes de \Large \sigma, alors \Large x\neq y \Rightarrow \{x,\sigma(x)\}\cap\{y,\sigma(y)\}=\empty.

Soient donc \Large x,y \in E, \Large x,y non des points fixes et \Large u\in \{x,\sigma(x)\}\cap\{y,\sigma(y)\}. J'ai fait le tableau suivant, pour envisager tous les cas :

u\Large x\Large \sigma(x)
\Large y
\Large\sigma(y)


En (1,1), j'ai dit que l'on ne pouvait pas avoir \Large u=x=y, car \Large x\neq y.
En (2,2), j'ai dit que l'on ne pouvait pas avoir \Large u=\sigma(x)=\sigma(y), car \Large\sigma est une injection et donc \Large x\neq y \Rightarrow \sigma(x)\neq\sigma(y).
En (1,2) et (2,1), le raisonnement doit être le même, mais je ne vois pas comment faire. Je suppose que cela fait appel à la surjection voire la bijection de \Large\sigma, mais je ne vois pas. Pourquoi on ne peut pas avoir \Large u=x=\sigma(y) ??

Merci d'avance pour votre aide!

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:23

Salut, c'est faux tout simplement, il suffit de prendre y = \sigma(x). Les deux ensembles sont alors les mêmes.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:28

Ok.
En fait, je pensais que, pour \Large x\in E, x non un point fixe de \Large\sigma, \Large (\{x,\sigma(x)\}) était une partition de l'ensemble \Large E, privé des éléments qui sont des points fixe de \Large\sigma. C'est donc faux!
Mais on peut quand même écrire ce dernier ensemble comme réunion des \Large (\{x,\sigma(x)\}), si je ne me trompe pas!

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:38

Oui, l'ensemble des orbites crée une partition, c'est juste.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:44

C'est quoi une orbite ?
C'est juste ou faux alors ?

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:51

L'orbite de x c'est l'ensemble des \sigma^k (x) pour k \geq 0. Ici évidemment seuls k=0 et k=1 nous intéressent.

rq: \sigma^k = \sigma \circ \sigma \circ \cdots \cir \sigma et \sigma^0 = identité

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 13:55

Pour montrer que \Large \{x,\sigma(x)\} est une partition, il faut pourtant bien montrer que la propriété de mon premier post non ?

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:04

Non x et \sigma(x) sont distincts mais leur orbite est la même !

Posté par
robby3
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:04

Salut,
ne peut-on pas écrire que comme 5$ \forall x,y\in E \{x,\sigma(x)\}\cap \{y,\sigma(y)\}=\empty ou bien 5$ \{x,\sigma(x)\}=\{y,\sigma(y)\}
 \\
donc 5$ Card(E)-Card(E^{\sigma})=Card(\Bigcup_{x\in E} \{x,\sigma(x); x\neq \sigma(x)\})=2.\Bigsum_{x\in E}

car5$ Card(\{x,\sigma(x)\}=2 lorsque 5$ x\neq \sigma(x) ie lorsque 5$ x n'est pas point fixe de 5$ \sigma

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:09

Euh oui mais c'est écrire beaucoup pour pas grand chose

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:10

De plus si E est infini c'est vrai aussi.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:12

Je n'y suis plus ... Pour montrer que l'ensemble des orbites crée une partition, il faut montrer quoi au juste ?

\Large (\{x,\sigma(x)\})_{x\in E} est une partition si :

.\Large (\{x,\sigma(x)\})_{x\in E} est non vide
.\Large \{x,\sigma(x)\} \cap {y,\sigma(y)\}=\empty si \Large x\neq y
.\Large E = \Bigcup_{x\in E} \{x,\sigma(x)\}

non ?

Posté par
robby3
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:13

d'accord, et cela montre donc bien que 5$ Card(E)\equiv Card(E^{\sigma})[2]

ou j'avais oublié de préciser 5$ E^{\sigma} désigne l'ensemble des points fixes de 5$ \sigma.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:13

sclormu : tu peux me donner, svp, la propriété générale, et de manière plus précise ?

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:18

Il suffit de montrer que la relation "être dans la même orbite" est une relation d'équivalence. Or ici dire que x et y sont dans la même orbite signifie que x=y ou bien x=\sigma(y), ce qui est équivalent (en appliquant \sigma) à y=\sigma(x). Donc le résultat est trivial. Attention les orbites ne sont pas toutes de cardinal 2, il y a aussi les points fixes.

Plus généralement soit f de E dans E, pas nécessairement fini, telle que tout point x de E soit périodique i.e. pour tout x il existe k>0 tel que f^k(x)=x. Montrez que la relation "être dans la même orbite" est une relation d'équivalence.

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:20

Plus précisément la relation c'est xRy si y=f^k (x) pour un k \geq 0.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 14:38

J'ai pas tout compris.
Peut-on oublier les orbites et les classes d'équivalence, et montrer que l'ensemble \Large \{x,\sigma(x)\} est une partition avec la définition ?

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:18

Bonjour,
Ben il te suffit de verifier que {x,\sigma(x)}={y,\sigma(y)} ssi x=y ou x=\sigma(y)

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:21

J'en suis toujours au même point.

\Large (\{x,\sigma(x)\})_{x\in E} est une partition si :

. \Large (\{x,\sigma(x)\})_{x\in E} est non vide
. \Large \{x,\sigma(x)\} \cap {y,\sigma(y)\}=\empty si \Large x\neq y
. \Large E = \Bigcup_{x\in E} \{x,\sigma(x)\}

Mais le second point est en défaut, car \Large x\neq \sigma(x) et pourtant \Large \{x,\sigma(x)\} \cap \{\sigma(x),\sigma(\sigma(x))\} = \Large \{x,\sigma(x)\} \neq \empty.

Je ne vois alors pas pourquoi c'est bien une partition ! Sans parler de classe d'équivalence, juste avec la définition de partition.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:23

Rodrigo, pourquoi il suffit juste de faire ça ? En quoi cela permet-il de conclure que c'est une partition ?

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:25

BEn refelchis 2 minutes a ce qu'est une partition...
L'"ennui" c'est qu'on ne peut pas prendre tous les {x,\sigma(x)} parce que y a des {x,\sigma(x)} qui sont egaux a des {y,\sigma(y)} meme pour x différent de y.

Ici la notion d'orbites est particulierement bien adaptée au problème...

Qu'est ce que tu veux montrer en fait exactement?

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:27

Par contre, oui, c'est faux que ({x,\sigma(x)})_{x\in E} est une partition le probleme vient du x dans E...on ne doit pas prendre tous les x dans E.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:31

Je note E un ensemble fini et non vide, puis je note F l'ensemble des points fixes de \Large\sigma (qui est une involution sur E).
Je cherche à savoir si \Large E\setminus F peut s'écrire comme la réunion disjointe des \Large \{x,\Large\sigma(x)\} lorsque \Large x parcourt \Large E\setminus F : autrement dit, est-ce que \Large (\{x,\Large\sigma(x)\})_{E\setminus F} est une partition de \Large E\setminus F

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:33

Ca c'est juste faux...

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:34

Oui, j'avais capté!

Donc c'est plutôt ça :
montrer que \Large (\{x,\sigma(x)\})_{x\in E\setminus F} est une partition de \Large E\setminus F.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:35

Bon, alors dis moi, car j'y suis plus ...
Qu'est-ce qui est une partition de quoi ?

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:38

Ben c'est complique d'ecrir le truc a la main... Y a pas vraiment de joli manière de l'écrire la seule façon que tu as de le dire c'est que il existe G un sous ensemble de E tel que {x,\sigma(x)}_{x\in G} forme une partition de E.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:39

Mais même si on ne sait pas écrire explicitement G, on peut le justifier non ?

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:39

Sans parler de classe d'équivalence !

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:42

Ben oui on peut le justifier... en disant que {x,\sigma(x)} et {y,\sigma(y)} sont d'intersection vide ou égaux (le mieux serait de faire une reccurence sur le nombre d'element, cela dit c'est quand meme evident)...mais pourquoi tu veux pas parler de classes d'équivalence...c'est tellement naturel ici.

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:44

Regarde prends par exemple l'ensemble {1,2,3,4,5} et prends l'involution qui envoie 1 sur 2 et 4 sur 3 et qui fixe 5... ben la partition c'est ({1,2},{3,4},{5})... ya aps vraiment de joli manière de l'écrire...

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:54

J'y avais pensé à la récurrence, mais je ne m'en suis pas sortit.
Je suppose que \Large card(E)=n. Donc après j'ai dit que nécessairement, le cardinal de \Large E\setminus F était fini. J'ai dit que c'était p.

J'ai écris que \Large E\setminus F=\{x_1,...,x_p\}. Et je fait une récurrence sur p.

Est-ce bien \Large P(p) \,:\, \foral 1\le i\le p,\,\{x_1,...,x_p\} = \Bigcup_{i=1}^p \{x_i,\sigma(x_i)\} ?

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:55

Oui, mais si on enlève tous les points fixes, normalement il n'y a que des paires !

Posté par
robby3
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:57

(oui et des paires distinctes...donc disjointes...)

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:57

Oui y a que des paires mais la propriété que tu as ecrite est fausse Il n'y a pas p paire. Dans mon exemple si tu enleve 5 il te reste 4 elements...mais il n'y a pas 4 paires...il n'y en a que 2...

Qu'est ce que tu veux montrer a la fin des fins?

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 15:59

Eh bien que le cardinal de \Large E\setminus F est un multiple de 2 !

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:01

Oui, je m'aperçois qu'il faut faire la réunion de i allant de 1 jusqu'à \Large E(p/2) si je me trompe pas !

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:02

Dans ce cas ecrire qu'il existe un sous ensemble G tel que {x,\sigma(x)}_{x\in G} est une partition de E-F, et que chaque ensemble de {x\sigma(x)} pour x dans G est de cardinale 2, ca suffit non? Tu n'a pas besoin d'expliciter G.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:04

Je suis d'accord. Mais j'ai besoin de dire pourquoi un tel sous-ensemble G existe.

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:05

Si tu veux absolument le rédiger, fait une récurrence.

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:10

Tu peux montrer qqch de plus agreable a rediger peut etre c'est que si une involution n'a pas de point de fixe, alors le cardinal de l'ensemble sur lequel elle agit est necessairement pair.
Pour un ensemble a 1 element il n'y a pas d'involution sans point fixe.
SUppose avoir prouver que sur un ensemble a 2n+1 elements il n'y a pas d'involution sans point fixe. ET montre le pour un ensemble a 2n+3 elements.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:34

Ok, mais j'ai du mal.

Je considère \Large E\setminus F. Je remarque d'abord que \Large x\in E\setminus F \Rightarrow \{x\in E\\ \sigma(x)\neq x \Large\Rightarrow \Large \{\sigma(x)\in E\\ \sigma(\sigma(x))\neq \sigma(x), ie \Large \sigma(x) \in E\setminus F.

Ainsi, si \Large x\in E\setminus F, alors \Large \sigma(x) \in E\setminus F et donc s'il contient un élément, il contient l'image de cet élément par sigma.

Mais je ne vois pas comment écrire la récurrence !

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:42

Pour l'instant oublions le F et prenons un involution sans point fixe sur E... on veut montrer que le cardinal de E ne peut etre impair.
Si ce cardinal est 1, ben alors l'involution n'a pas de point fixe...ca ne peut donc pas etre 1.

Supposons avoir prouver que la cardinal de E ne peut pas etre 2n+1. Alors si le cardinal de E est 2n+3, comme sigma n'a pas de point fixe, il existe x tel que sigma(x) différent de x. On note G={x,\sigma(x)}. Alors G et E-G, sont disjoint, et E-G est stable par sigma, donc sigma définit une involution sans point fixe de E-G qui a 2n+1 elements...mais on a supposé par recurrence qu'une telle chose n'existait pas.

Donc on a prouvé un lemme intermédiaire: Sur un ensemble de card impair il n'y a aps d'involution sans point fixe.

Maintenant prends ton E de depart et tu lui enlève F, l'ensemble de tous les points fixes, alors sigma est une involution de E-F sans point fixes (puisqu'on les a tous enlevés) donc card E-F ne peut etre impair par le lemme...il est donc pair.

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:43

Heu j'ai fait une petite erreur au debut j'ai ecrit
Si ce cardinal est 1, ben alors l'involution n'a pas de point fixe...ca ne peut donc pas etre 1.

Je voulais ecrire
Si ce cardinal est 1, ben alors l'involution a un de point fixe...ca ne peut donc pas etre 1.

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:52

Soit E un ensemble non vide et fini. Si E est de cardinal impair, alors toute involution sur E a un point fixe ?

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:54

Oui c'est ce que je viens de prouver...

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 16:58

De même que si le cardinal de E n'est pas divisible par 3, tu ne pourras pas regrouper les points par groupes de trois... Dites donc je suis parti 2h mais on n'a pas beaucoup avancé ! Tu es OK maintenant ou pas, H_aldnoer ?

Posté par
H_aldnoer
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 17:10

Je comprend mieux le raisonnement. Cependant, dans ta récurrence, j'essaye de le faire des petites valeurs et je ne saisi pas.

On se donne E non vide de cardinal fini.
On veut montrer que \Large P(n):\, card(E)=2n+1 \Rightarrow \sigma a un point fixe.

Si n=0, alors \Large E=\{x_1\}, comme \Large \sigma est une involution (donc une bijection) de E dans E on a \sigma(x_1)=x_1 ie \Large \sigma a un point fixe.

Si n=1, alors \Large E=\{x_1,x_2,x_3\} et la je ne vois pas le raisonnement!

Posté par
Rodrigo
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 17:15

Mais je t'ai deja fait la démonstration!
Bon on peut reprendre avec ta méthode qui va marcher tout aussi bien.

Si E={X1,X2,X3}, alors soir s(X1)=X1 (j'appelle s au lieu de sigma c'est plus court) et c'est fini. Soit s(X1) n'est pas egal à X1, supposons que ce soit s(X1)=X2 (quitte a renumeroter). Alors on a {X1,s(X1)=X2} qui est stable par s, et donc s stabilise aussi {X3} (vois tu pourquoi?), donc s définit ue ivolution de {X3} qui est un ensemble a 1 elements et on a deja prouvé qu'elle avait un point fixe sur un ensemble a 1 element (remplace 3 par 2n+3 et 1 par 2n+1 et tu as exactement ta recurence)

Posté par
sclormu
re : Involution sur un ensemble fini 17-10-09 à 17:16

La récurrence n'est vraiment pas la bonne manière d'aborder cet exercice, même si on peut le faire. Il vaudrait vraiment mieux que tu essaies de prouver que les orbites forment une partition de E. Ensuite, s'il n'y a pas de point fixe alors toutes les orbites sont de cardinal 2 donc le cardinal de E est pair.

1 2 +




Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Inscription gratuite

Fiches en rapport

parmi 1675 fiches de maths

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !