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Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble fini

Posté par
Autodidacte33
06-10-20 à 16:34

Bonjour,

Je bloque sur la démonstration de la proposition suivante:

Citation :
Citation :
Soient E et F deux ensembles fini de cardinaux respactifs p et n. On note \mathscr{F}(E,F) l'ensemble des applications de  E dans F.
On a alors: \vert\mathscr{F}(E,F)\vert=\vert {F}\vert^{\vert {E}\vert}=n^{p}


Démonstration:

Supposons que E=\lbrace x_1,\cdots, x_p\rbrace \text{ avec } \vert E\vert = p

\begin{array}{rccl}\text{ Posons: } \theta:&\mathscr{F}(E,F) & \longrightarrow& F^{p}\\  & f & \mapsto & (f(x_1),\cdots, f(x_p))\end{array}

\theta est bijective, en effet:

Soit (a_1,\cdots, a_p) \in F^{p}, alors il existe une unique application \blue f de \blue E dans \blue  F telle que: \blue \forall k\in [|1,p|] \text{ : } f(x_k)=a_k

On en déduit que  \vert\mathscr{F}(E,F)\vert=\vert {F^p}\vert=n^{p}=\vert F \vert ^{\vert {E}\vert}


Voilà, c'est la partie en bleu qui pose problème: Pouvez-vous s'il vous plaît m'expliquer pourquoi l'application f est unique?

Merci d'avance!

Posté par
GBZM
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 06-10-20 à 16:47

Bonjour,

Parce que si f(x)=g(x) pour tout élément x de E, alors f=g.

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 06-10-20 à 16:52

Bonjour Autodidacte33.
L'unicité est le plus simple à comprendre.
S'il en existe deux, notées f et g, alors pour l'un des x_k on aurait f(x_k) \neq g(x_k). donc l'une des deux ne prendrait pas la valeur a_k en x_k.
C'est l'existence qui est un poil moins triviale.

Posté par
Autodidacte33
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 06-10-20 à 23:27

Bonsoir jsvdb,

Oui, je crois que je vois ce que tu veux dire, j'ai bien compris l'unicité,  cela revient à démontrer que \theta est injective:

Citation :
Montrons que \theta est injective:

Soient f,g\in F(E,F) \text{ telles ques  }\theta (f)=\theta (g)

 (f(x_1);\cdots, f(x_p))=(g(x_1);\cdots, g(x_p))

Cela s'exprime aussi:   \forall k\in [|1,p|] \text{ : } f(x_k)=g(x_k)

Donc f=g

\theta est donc injective

Est-ce correcte?

Concernant l'existance, cela revient à démontrer la surjectivité... C'est bien ça?
Je vais chercher un peu...

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 07-10-20 à 00:20

Oui, pour l'injectivité c'est ça.
Pour l'existence, oui, c'est la surjectivité de \theta. J'ai dit que c'était un poil moins trivial, mais en fait, si, c'est trivial.

Posté par
Autodidacte33
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 07-10-20 à 12:11

Bonjour,

J'avoue que j'ai du mal à comprendre l'application \theta. Je crois que c'est à cause de l'ensemble de départ qui est l'ensemble des applications de E vers F...

Ma recherche concernant la surjectivité de  \theta donne:

Citation :
Soit (y_1,\cdots, y_p)\in F^{p}
Est-ce -qu'il existe f\in F(E,F) \text{ / } \theta(f)=(y_1,\cdots, y_p)?

Puisque \theta(f)=(f(x_1),\cdots, f(x_p))

Trouvons f\in F(E,F) vérifiant (f(x_1),\cdots, f(x_p))=(y_1,\cdots, y_p)

Une telle qpplication existe. En effet, si  on pose:
\begin{array}{rccl}\forall i\in[|1,p|] \text{ : } f:&E & \longrightarrow& F\\  & x_i& \mapsto & y_i \end{array}
On obtient le résultat.

Donc \theta est surjective


Merci de me vérifier

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 07-10-20 à 18:16

Oui, c'est ça …

Posté par
Autodidacte33
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 11:10

Ok merci bien
Mais je me demande quand même: Ne doit-on pas avoir f surjective pour que \theta le soit aussi?
Si f n'est pas surjective,  il se peut qu'il existe y_{\alpha}\in F qui n'aurait pas d'antécédant dans E (Avec \alpha \in [|1,p|]).
N'est-ce-pas?

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 11:43

Non !!
L'application \theta met en relation \mathcal F(E,F) avec F^{|E|}. Et ce de la manière suivante :

On pose \theta(f) comme étant l'élément de F^{|E|} qui est \theta(f)=(f(x_1),\cdots,f(x_{|E|})) : ceci est parfaitement défini pour tout f\in \mathcal F(E,F), et pas seulement sur celle qui sont surjectives.

Eg : si f est une fonction constante, donc forcément pas surjective (sauf si |E| = 1 ou |F| = 1), alors il existe \alpha\in F telle que \theta(f) = (\alpha,\cdots,\alpha). Eh bien on aura \theta^{-1}(\alpha,\cdots,\alpha) = f

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 11:50

Petite précision : il est sous-entendu que pour construire \theta, on a d'abord choisi une bijection x : \N_n \rightarrow E,~i\mapsto x(i)=x_i \in E.

Posté par
Autodidacte33
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 13:55

Merci!
Je crois que j'ai compris
Donc juste le fait qu'on peut toujours construire une application f de E dans F qui vérifie \theta (f)=(y_1,\cdots, y_p) est suffisant pour que \theta soit surjective, peu importe la surjectivité ou l'injectivité de f

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 14:13

Oui, c'est ça la surjectivité : à partir de la donnée d'un élément de y \in F^p, tu es capable de trouver une application f_y : E \rightarrow F telle que \theta(f_y) = y

Posté par
Autodidacte33
re : Nombre d'applications d'un ensemble fini dans un ensemble f 08-10-20 à 14:14

Merci beaucoup jsvdb



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