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Niveau Maths sup
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Bijection réciproque de x^x

Posté par
23571113
25-07-13 à 20:55

Bonjour,

Je vais rentré en MPSI. Cet été, j'ai découvert ce qu'était une bijection réciproque. Pour ceux qui ne le saurait pas, la bijection réciproque d'une fonction f continue et strictement monotone sur I=]a;b[ est la fonction g définie pour tout x de l'intervalle ]f(a);f(b)[ par:

g(f(x))=f(g(x))=x

(Merci de me corriger si la définition est incomplète, en tout cas c'est ce que j'en ai retenu ).

Quelques exemples de bijections orthogonales sont:

ln x et e^x car ln(e^x)=e^(ln x)=x

x^2 (sur ]0;+infini[) et racine(x) car (racine(x))^2=racine(x^2)=x

Je me suis alors demandé s'il existait une fonction qui soit la bijection réciproque de f(x)=x^x définie sur I=]0;+infini[
Cette fonction doit être croissante mais doit croître très lentement, plus lentement que n^(1/x) avec n<1 car x^x croit plus vite que n^x et n^x est la bijection réciproque de n^(1/x).
Cependant, x^x n'est strictement monotone qu'à partir de x=1/e (on peut retrouver ce résultat grâce à une étude du signe de sa dérivée), sa bijection réciproque n'est donc pas possible sur I mais sur ]1/e^(1/e);+infini[.

Encore désolé si j'ai omis certains détails ou semé quelques erreurs
et merci de m'éclairer sur ce sujet qui m'intéresse.

Posté par
23571113
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:17

Désolé, j'ai fait une erreur à la 7ème ligne: je voulais dire bijection réciproque et non orthogonale bien sur^^.

Posté par
23571113
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:22

Et n>1 à la 11ème ligne aussi

Posté par
fred1992
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:28

Salut.

Dans le cas analytique, une étude classique de fonctions permet de montrer l'existence ou non d'une telle fonction réciproque.

Et comme tu l'as remarqué, la fonction réciproque d'une fonction doit être définie sur le bon intervalle.

Ensuite, pour déterminer une expression de la fonction réciproque, en général, on résout l'équation en y, f(y) = x (pas nécessairement des plus simples).

Posté par
green
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:30

Bijection réciproque
Bref, je vois de quoi tu parles...
De plus, bijectif n'implique pas monotone... Pour répondre à ta question,
x^x=e^{x\ln x} qui n'est pas bijective sur ]0,\infty[

Posté par
verdurin
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:31

Bonsoir,
la fonction xxx n'est pas une bijection de ]0;+[ dans quoi que ce soit.
Elle n'admet donc pas de fonction réciproque.

Posté par
green
re : Bijection réciproque de x^x 25-07-13 à 21:32

et oui, elle est bijective de ]1/e,\infty[\to ]e^{-\frac{1}{e}},\infty[

Posté par
athrun
re : Bijection réciproque de x^x 26-07-13 à 10:02

Bonjour,

le posteur initial du sujet a bien dit à la fin de son message que x\mapsto x^x n'est pas injective sur I=]0,+\infty[ mais qu'elle est strictement monotone sur ]1/e,+\infty[.

A priori il n'y a pas d'expression analytique pour la réciproque de x\mapsto x^x sur ]1/e,+\infty[, de la même manière que \cos admet une réciproque sur [0,\pi] mais qui n'a pas d'expression analytique (\mathrm{Arccos}).

J'appelle u la réciproque de x\mapsto x^x sur le bon intervalle. On peut en bidouillant un peu, obtenir des formules faisant intervenir u.

Notamment cette équation différentielle issue de la formule f^{-1}'=\frac{1}{f'\circ f^{-1}}  :

\boxed{\large\left(1+\frac{\ln x}{x}\right)xu'(x)=1}

qui peut s'intégrer en :

\boxed{\large t(u(t)-1)+\ln (u(t))\ln (t)-\int_a^t\left(u(x)+\frac{\ln u(x)}{x}\right)\ \mathrm{d}x=\mathrm{cte}}

Formule qui peut être entre autres utile pour la résolution numérique ou alors obtenir des majorations sur u.

Posté par
alexre
re : Bijection réciproque de x^x 26-07-13 à 10:10

l'écrirure f(g(x))=g(f(x)) n'est pas correcte car dans le premier cas x est dans le domaine de déf. de g et dans l'autre de f et il se peut que ces domaine de déf. soient disjoints.

Posté par
alexre
re : Bijection réciproque de x^x 26-07-13 à 10:29

Si une fonction est continue et bijective sur [a,b] alors elle est monotone sur [a,b].

Posté par
alainpaul
re : Bijection réciproque de x^x 26-07-13 à 11:46

Bonjour,


Il existe une fonction ad hoc pour résoudre l'équation
x\times e^x=y ,x=Lambert(y)


Ici,  sur un intervalle à préciser
x=\frac{ln(y)}{LambertW(ln(y))}




Alain

Posté par
23571113
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 10:33

Merci à tous pour vos réponses,
cependant, il me faudrait quelque mises au points étant donné mon petit niveau de terminale

premièrement,est-ce que dire qu'une fonction n'a pas d'expression analytique signifie que l'on ne peut l'exprimer à l'aide des fonctions usuelles?

Deuxièmement, que signifie (f◦g)(x)?

Merci

Posté par
alainpaul
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 11:28

Bonjour,


Les 'fonctions' ln(x),exp(x), sin(x)... sont des objets ad hoc créés,
à l'usage ils deviennent usuels; leur nombre n'est pas limité.


(f◦g)(x) est équivalent à f(g(x)) mais distingue la
l'application dont la variable x fait l'objet,



Alain

Posté par
athrun
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 11:38

Pas d'expression analytique signifie effectivement qu'on ne peut exprimer la fonction considérée en fonction d'autres fonctions usuelles qui sont par exemple ln, exp et sin comme le dit alainpaul.

Posté par
23571113
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 13:18

Ah d'accord, on distingue (f◦g)(x) de f(g(x)) car dans le deuxième cas, c'est g(x) la variable et non x (premier cas).
Les objets "ad hoc" je n'en ai jamais entendu parler, mais si j'ai bien compris ce que dit alainpaul, c'est une fonction créée à l'aide d'intégrales, de séries entières ou autre que l'on ne peut exprimer à l'aide des opérations de bases(+,x,-,/), non? Par exemple, ln(x) est l'intégrale
Mais cela veut dire que la bijection réciproque de x^x (définie sur le bon intervalle) est peut être un nouveau objet ad hoc, je veux dire qu'on ne peut l'exprimer à l'aide d'autres fonctions, et si c'est le cas, comment prouver qu'elle est "non composée" d'autres objets ad-hoc?

Posté par
23571113
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 13:19

*l'ntégrale de 1/x

Posté par
carpediem
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 14:00

salut

f o g(x) = f[g(x)]

f o g est la composée des fonctions f et g  (tape composée de fonctions sur internet) et permet d'alléger l'écriture du membre de droite ....

une fonction est simplement une opération d'un ensemble dans un autre ...

à partir de fonctions élémentaires et d'opérations sur les fonctions (leur somme, leur produit, ..., leur composée,...) on en construit d'autre ...

maintenant tu peux construire une fonction quelconque (bien la définir) et l'appeler truc si tu veux ...

donc truc(2) vaut tant, truc(-5) vaut tant ....

ensuite le pb est de pouvoir ou non exprimer ta fonction truc en fonction d'opérations ou de fonctions élémentaires ...

on a simplement appelé ln la fonction définie par x --> 1x dt/t ... et il est quand même plus simple d'écrire ln(2) que 12 dt/t ...

Posté par
carpediem
re : Bijection réciproque de x^x 27-07-13 à 14:01

ensuite ne pas savoir ne signifie pas qu'on ne puisse pas ....



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