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Niveau Maths sup
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Nombre d'éléments d'une classe

Posté par Profil Ramanujan 01-07-19 à 00:29

Bonsoir,

Sur \R, on définit la relation \mathcal{R} par :

x \mathcal{R} y \Longleftrightarrow x^3-y^3 = 3(x-y)

1/ Est-ce une relation d'équivalence ?

J'ai démontré que oui assez facilement.

2/ Dans l'affirmative, pour tout x \in \R, déterminer le nombre d'éléments de la classe de x.

J'ai écrit la définition :

cl(x) = \{y \in \R, x^3 - y^3 = 3(x-y) \}

Mais je ne sais pas comment trouver le nombre d'éléments de cl(x).

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 03:29

Salut Ramanujan

Petit coup de pouce :

x^3-y^3=(x^2+xy +y^2)(x-y)

Tu as donc déjà une première classe d'équivalence Constituée par la diagonale de 2 : ça, c'est le cas x = y.

Et sinon, il te va falloir résoudre une équation du second degré.

Posté par
luzak
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 07:33

Bonjour !

Citation :
J'ai écrit la définition :
cl(x) = \{y \in \R, x^3 - y^3 = 3(x-y) \}

Il suffit d'aller un peu plus loin cl(x) = \{y \in \R, y^3-3y-(x^3+3x)=0 \}

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 09:34

Bonjour,
@jsvdb, je ne comprends pas ceci :

Citation :
une première classe d'équivalence Constituée par la diagonale de 2

On a x cl(x) pour tout x réel. Mais cl(x) n'est jamais infini.
Je trouve Card(cl(x)) 3 .

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 10:15

Bonjour Sylvieg
C'est une réponse en style « 3h du matin » : il est sous entendu que je parle en terme de graphe de la relation et pas en terme de classe.
Mais oui, les classes n'ont pas plus de trois éléments.
🙂

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 10:17

Style « 3h du matin «  = le premier truc à peu près cohérent qui passe par le premier neurone encore en activité 😅

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 11:27

D'accord,
Le graphe de la relation est la réunion de la droite d'équation y = x avec une ellipse de centre O et d'axes perpendiculaires et ' .
Les droites d'équations x=-2 et x=2 sont tangentes à l'ellipse.

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 11:32

Oui, ça doit être un truc dans ce goût là puisque je parlais de résoudre des équations du second degré ...

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 11:58

salut, avec Xcas pour Firefox
Reduire (appuyer sur - ) au maximum le nombre de lignes de la console pour voir la figure quand on bouge le curseur.

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 13:47

Merci pour vos indications. J'ai choisi celle de jsvdb pour utiliser une formule au début de mon livre fort utile :

a^n-b^n = \sum_{k=0}^{n-1} a^k b^{n-k-1}

J'ai choisi de traiter le cas x=0 à part.

cl(0) = \{y \in \R, y^3=3y \} = \{- \sqrt{3} , 0, \sqrt{3} \} Il y a 3 éléments dans la classe.

y=x est un élément de cl(x)

Si x \ne y alors cl(x) = \{y \in \R, y^2 +xy + (x^2-3)=0  \}

Résolvons : y^2 +xy + (x^2-3)=0

\Delta=x^2 - 4(x^2 -3) = -12 -3x^2 <0 et cette équation n'admet pas de solution dans \R

Finalement si x \ne 0, la classe possède un seul élément qui est : cl(x)=\{x\}

Est-ce juste ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 13:49

C'est faux.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 13:56

Une remarque d'abord :
Pour a3-b3 inutile de chercher des n et des , c'est à connaitre comme a2-b2 .

Sinon :
cl(x) = {x} { y, y2 + xy + x2 - 3 = 0 }

Puis une erreur de signe dans .

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 14:12

Voici une capture du graphe de la relation, cadeau d'alb12
L'ellipse a pour équation y2 + xy + x2 - 3 = 0 .
Les graduations sont de 2 sur l'axe des abscisses et de 1 sur celui des ordonnées.
Pour y lire cl(a) , tracer la droite d'équation x=a . Elle coupe le graphe en des points dont les ordonnées y vérifient a \mathcal{R} y .

Nombre d\'éléments d\'une classe

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 17:42

Jolie figure !

Alors je corrige mes erreurs. Le discriminant vaut : \Delta=12-3x^2

On a : y^2 + xy +(x^2-3)=0 (E)

1er cas :  \Delta < 0 \Leftrightarrow |x| >2 \Leftrightarrow x \in ]- \infty,-2[ \cup ]2,+\infty[
L'équation (E) ne possède pas de solution dans \R donc : cl(x)= \{x \}
Dans ce cas, card \ cl(x) = 1

2ème cas :  \Delta = 0 \Leftrightarrow |x| =2 \Leftrightarrow x \in \{-2;2\}
L'équation (E)  possède une solution double dans \R donc : cl(x)= \{x ; - \dfrac{x}{2} \}
Comme x \ne 0, card \ cl(x) = 2

3ème cas :  \Delta > 0 \Leftrightarrow |x| < 2 \Leftrightarrow x \in ]-2,2[
L'équation (E)  possède 2 racines distinctes.

Et là je bloque, ça me donne des racines compliquées

Posté par
lionel52
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 17:53

1) les racines sont pas difficiles à calculer
2) L'énoncé te demande de les calculer ou alors ils te demandent juste le nombre d'éléments? :/

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 17:53

Pour le second cas, remplace x par 2 puis par -2. Et essaye de lire les résultats sur la figure.

Pour le 3ème cas, il suffit de vérifier que x n'est pas solution de (E) pour affirmer que cl(x) est de cardinal 3.
On le voit aussi sur la figure avec une droite verticale entre les 2 verticales bleues.

Attention aux graduations, les droites verticales bleues ont pour équations x = 2 et x = -2 .

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 17:56

Oups, ceci n'est pas toujours vrai :
" il suffit de vérifier que x n'est pas solution de (E)"
C'est la figure qui me met le doigt dessus.

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 17:58

Ce que je trouve graphiquement correspond à mon résultat pour le cas n°2.

Il y a un problème pour |x|=1 le cardinal vaut 2 et pas 3 et ça je ne comprends pas pourquoi.

Car j'ai exhibé cl(1) et le même élément est présent 2 fois.

Il a un piège je pense dans le cas n°3.

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:14

Dans le cas n°3 je trouve :

y_1 = \dfrac{-x + \sqrt{12-3x^2}}{2} et y_2 = \dfrac{-x - \sqrt{12-3x^2}}{2}

On a : y_1 = x \Leftrightarrow x^2 = 1 \Leftrightarrow |x|=1

Il faut aussi vérifier c'est quand que y_2=x ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:15

Ce n'est pas un piège.
Pour x = 1 l'équation de degré 2 s'écrit y2 + y - 2 = 0 .
Et 1 est une des solutions.
Sur la figure, la droite d'équation x = 1 a 2 points communs avec l'ellipse :
A(1,1) et B(1,-2) .
Le point A est aussi sur la droite d'équation y=x .

Même genre avec x=-1 .

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:18

Je trouve aussi :

y_2 = x \Leftrightarrow  3x = - \sqrt{12-3x^2} \Leftrightarrow |x|=1

Je sais que c'est faux mais je ne comprends pas où est mon erreur

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:22

Pour déterminer si un réel est solution d'une équation, inutile de la résoudre !
Par exemple 5 est solution de x3 - 7x2 + 3x +35 = 0
car 53 - 725 + 15 + 35 = 0 .

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:37

Ok merci.

x est solution de (E) si et seulement si x^2 + x \times x +(x^2-3)=0 si et seulement si 3x^2=3 si et seulement si |x|=1

Donc dans le cas n°3 :

Si x \in ]-2,2[ \cap \{-1;1 \}=\{-1;1\}  alors card \ cl(x)=2

Si x \in ]-2,1[ \cup ]1,2[   alors card \ cl(x)=3

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:42

@Ramanujan
tu n'as pas reussi à ouvrir mon lien ?

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:48

J'avais pas vu le lien, je viens d'y aller mais il n'y a rien qui apparaît

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:51

J'ai réussi à la voir mais je ne comprends pas comment marche le curseur ni ou le trouver.

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:52

la premiere fois Xcas est charge dans le cache du navigateur, attendre 1 ou 2 minutes.
Firefox est recommande.

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 18:53

le curseur est a dans la premiere ligne

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 19:20

il me semble que c'est clair.

Nombre d\'éléments d\'une classe

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 19:21

Merci alb12
Moi non plus je ne voyais pas ce curseur. Il faut faire l'ascenseur à droite du graphique pour qu'il apparaisse.
Le graphique avec a = 1,5 :


Nombre d\'éléments d\'une classe

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 19:23

Je n'ai pas les graduations comme toi. Mais ce n'est pas grave

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 19:23

merci pour le renseignement concernant le curseur non visible

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 19:25

je pense que le lien est quasi indestructible, il restera visible un certain temps !

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 22:34

Ok merci votre logiciel peut-il afficher les coordonnées des points d'intersection entre l'ellipse et la droite y=a?

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 22:44

Bonsoir
autre manière de voir les choses :
x est en relation avec y si et seulement si x^3-3x = y^3-3y
autrement dit si et seulement si x et y ont la même image par la fonction f définie par f(x) = x^3-3x

premier avantage : la phrase avec "la même que" est quasiment la signature d'une relation d'équivalence
deuxième avantage : un bête tableau de variations de f permet de déterminer le nombre d'éléments de chaque classe, en regardant les intersections de la courbe de f avec des parallèles à l'axe des x

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 22:59

@Lafol

Je n'ai pas compris comment trouver les y qui vérifient f(x)=f(y) pour x fixé en utilisant le tableau de variation.
Pourquoi utiliser les parallèles à l'axe des x ?

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 23:00

Ramanujan @ 01-07-2019 à 22:34

Ok merci votre logiciel peut-il afficher les coordonnées des points d'intersection entre l'ellipse et la droite y=a?

tu veux dire x=a ? sans pb

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 23:03

tu pars d'un x donné, tu montes (ou descends) sur la courbe trouver son image, puis tu pars à l'horizontale voir si d'autres éléments ont la même image que lui : ils seront dans sa classe

par exemple, tu vois que -2 a la même image que 1, et qu'ils sont les seuls à avoir cette image là : {-2;1} est une classe qui contient deux éléments. Idem pour {-1; 2}
tu vois que si x < -2, il est le seul à avoir son image
si x est strictement entre -2 et -1, il y a deux autres nombres qui ont la même image (et tu peux préciser qu'un des deux est entre -1 et 1 et l'autre entre 1 et 2, du coup pas besoin de recommencer sur ces intervalles)
et que si x est strictement supérieur à 2, il est tout seul dans sa classe

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 23:19

@Lafol
Ok j'ai compris merci.

@alb
J'ai vu s'afficher les coordonnées des points d'intersection en déroulant tout en bas.

Posté par
alb12
re : Nombre d'éléments d'une classe 01-07-19 à 23:27

oui j'ai fait:
G:=implicitplot(x^3-y^3-3*(x-y),display=hidden_name)
sol:=inter(G,droite(x=a)):;
coordonnees(sol)

cette derniere commande renvoie le cas general:


 \\ \left(\begin{array}{cc}
 \\ a & a \\
 \\ a & \frac{1}{2} \cdot (-\sqrt{3} \sqrt{-a^{2}+4}-a) \\
 \\ a & \frac{1}{2} \cdot (\sqrt{3} \sqrt{-a^{2}+4}-a)
 \\ \end{array}\right)
 \\

ensuite on suppose que l'utilisateur saura etudier les cas particuliers

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 03:18

Je profite de ce beau graphique de la relation d'équivalence pour rappeler les propriétés du graphe G d'une relation d'équivalence :

G = \{(x,y) \in E \times E~/~x\mathcal R y\}

La réflexivité de la relation se traduit par le fait que la diagonale de E \times E doit être incluse dans  G, autrement dit G contient les éléments de la forme (x,x) pour tout x de E.

La symétrie se traduit par le fait que (x,y) \in G \Leftrightarrow (y,x) \in G, autrement dit G = G^{-1}

La transitivité se traduit par le fait que [(x,y) \in G \text{ et } (y,z) \in G] \Rightarrow (x,z) \in G, autrement dit, G\circ G = G

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 09:01

Bonjour,
@lafol,
Ta méthode est beaucoup plus simple

@jsvdb,
Je ne vois pas comment "lire" la transitivité.

Posté par
lake
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 10:17

Bonjour,

Un nouveau dessin ?

Nombre d\'éléments d\'une classe

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 10:29

Bonjour lake
L'objectif de ton dessin est-il d'y "lire" la transitivité ?

Posté par
lake
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 10:40

Bonjour Sylvieg,

Non, non, pas du tout; juste illustrer les deux méthodes et le lien entre elles

Posté par Profil Ramanujanre : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 10:43

Sylvieg @ 02-07-2019 à 09:01

Bonjour,
@lafol,
Ta méthode est beaucoup plus simple  

@jsvdb,
Je ne vois pas comment "lire" la transitivité.


Non je trouve la méthode de Lafol moins précise et plus laborieuse. Il faut tracer la courbe et résoudre a vu d'œil. Ça manque de rigueur.

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 11:08

Je ne suis pas d'accord. On peut se contenter du tableau de variation de la fonction f pour déterminer avec rigueur le nombre de solutions de f(x) = f(a) .

Posté par
jsvdb
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 11:33

Sylvieg @ 02-07-2019 à 09:01

Je ne vois pas comment "lire" la transitivité.

La composée de deux graphes est définie de la façon suivante :

si G \subset A \times B

si H \subset C \times D

Alors G \circ H \subset C \times B est le graphe défini par :

G \circ H = \{(x,z)~|~\exists y \in A\cap D, (x,y)\in H \text{ et } (y,z)\in G\}

La composée de deux graphes est non vide si et seulement si A \cap D est non vide.

Autrement dit, pour faire le lien avec des composée de fonction (qui ne sont rien d'autre que des composées de graphes fonctionnels) :

\blue y \in H\langle x \rangle et \blue z \in G\langle y\rangle et donc \blue z \in G\langle H \langle x \rangle\rangle

Un dessin en patate permet de visualiser de suite.

Supposons maintenant que j'ai une relation d'équivalence R avec son graphe G.

R possédant un graphe,  c'est donc une relation d'équivalence réflexive dans la première composante de ce graphe,

composante que l'on note E : donc G \subset E \times E

On a donc G \circ G = \{(x,z)~|~\exists y \in E, (x,y)\in G \text{ et } (y,z)\in G\}

Clairement, G \circ G est non vide dès que E est non vide.

A ce stade, on seulement G \circ G \subset E \times E

La relation est transitive donc :

(x,y) \in G \text{ et }(y,z)\in G impliquant (x,z) \in G, on a G \circ G \subset G

Par ailleurs, la relation (x,y) \in G entraînant (x,x) \in G, on a alors (x,y) \in G \circ G de sorte que G \subset G\circ G

D'où finalement G \circ G = G

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 18:24

Merci jsvdb pour ces explications.
Mais je ne vois toujours pas comment la transitivité se traduit sur la figure avec l'ellipse

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombre d'éléments d'une classe 02-07-19 à 22:12

Bonjour
mêmes interrogations que Sylvieg ....

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