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Structure : Groupe

Posté par
KrnT
29-09-21 à 01:01

Bonjour/Bonsoir,
Je viens de rencontrer une question qui paraît facile et je pense qu'elle l'est mais j'ai peiné à la démontrer :
(J'ai beaucoup de doutes que ma démonstration soit juste )
Enoncé :
Soit E un ensemble fini muni d'une L.C.I associative et régulière. Montrer que E est un groupe.
Ma bêtise :
Sachant que E est ensemble fini et que sa LCI est régulière donc
quelque soit x,y,a ax=ay <=> x=y
Soit f : E --> E
               x --> ax avec a un élément de E
f est bijective ( Facilement démontrable car E fini et la LCI régulière démontre l'injectivité)
Comme f est bijective donc sa fonction réciproque existe
f-1(x)=a-1x
d'où a admet un inverse

(J'ai pas osé continué car ça sent le roussit, Merci de m'aider !)

Posté par
Zormuche
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 01:40

Bonjour

Avant de parler d'inverse, il faut déjà avoir démontré l'existence d'un élément neutre

Tu peux te faire une idée intuitive de ce que vaut l'élément neutre avec les notations f et f-1 que tu as introduites. Ensuite, il faut le démontrer

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 01:44

Oui mais je crois ne pas avoir trouver comment montrer l'existence d'un element neutre

Posté par
Zormuche
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 02:15

Etant donné un a quelconque, tu introduis tes fonctions f et f^-1. L'élément neutre est forcément f^-1(a). Alors montre qu'il est bien neutre pour tout élément

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 29-09-21 à 12:18

bonjour,
le problème il me semble est de justifier que f^{-1} De E dans E est avec  un b fixé ,du type f^{-1}(x)=bx
En écrivant f^{-1}(x)=a^{-1}x tu supposes déjà l'existence de a^{-1}

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 12:30

Bonjour,
Je pense qu'utiliser f-1(a) comme conseillé par Zormuche est une bonne piste.

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 29-09-21 à 13:38

bonjour,
oui mais plus clairement il me semble qu'il faudrait définir un isomorphisme évident  h : (E,.) --->(H,o) où ( H,o) est le groupe des bijections f_a muni de la loi de composition o, ainsi e=h^{-1}(id_H)  et   a^{-1}=h^{-1}(f_a^{-1})

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 13:50

C'est sans doute une piste qui peut aboutir ; mais il y a plus terre à terre.
Poser c = f-1(a) et démontrer ac = a (évident) mais aussi ca =a, et ensuite xc = cx = b pour tout x de E.

Je ne veux pas trop détailler. Attendons le retour de KrnT et Zormuche.

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 29-09-21 à 14:08

ce n'est pas seulement une piste.
h :a ---> fa
h(ab)=fab=faofb
h est d'abord une bijection avec la régularité, puis la relation prouve bien l'homomorphisme et  H est un groupe!

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 14:21

salut

il n'est pas besoin de parler de la fonction réciproque :

f est injective sur un ensemble fini donc bijective

donc il existe un élément u tel que f(u) = a

et il existe un élément v tel que f(v) = u

que peut-on dire de u et v ?

...

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 14:26

Merci beaucoup de m'aider !
j'ai procédé ainsi f(x)=ax
f (f-1()a) appartient à E
f( f-1(a))=a f-1(a)=a
de même pour l'autre côté
ce qui justifie l'existence d'un élément neutre

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 14:28

Merci beaucoup de m'avoir aidé*

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 14:36

Je ne vais plus être disponible.
Mais ce que tu as écrit KrnT ne me semble pas démontrer que
Pour tout x de E on a cx = xc = x.
J'avais posé c = f-1(a), et fait une coquille dans mon message de 13h50 :

Citation :
et ensuite xc = cx = x pour tout x de E.

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 16:07

J'ai procédé come ça :
Mq f-1(a) est l'elt neutre
f°f-1(a)=af-1(a)=a
et f-1(f(a))=f-1(a^2)=a
dorénavant g =f-1
Nous devons montrer que g(a)x=xg(a)=x
Et comme f est bijective nous pouvons montrer que
f(g(a)x)=f(xg(a))=f(x)
f(g(a)x)=ag(a)x et on a ag(a)=a
d'où f(g(a)x)=ax=f(x)
Pour l'autre côté je ne sais pas si ce que j'ai démontré en haut suffirait ou je dois changer de direction


carpediem @ 29-09-2021 à 14:21



que peut-on dire de u et v ?

...

Vu que la fonction est bijective on peut dire que u=v ?

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 16:28

absolument pas ...

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 16:51

Pourquoi pas carpediem ?
f(u)=a et f(x)= ax  le seul element verifiant ça est l'élément neutre non ?

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 29-09-21 à 17:29

@carpediem
Qu'est ce que tu veux prouver avec  f(u)=a ;f(v)=u ?

@KmT tu ne sembles pas vouloir comprendre ce que j'ai écris post de 13h38 et post de 14h08

j'ai l'impression que tu mélanges des écritures genre f_a^{-1} et f^{-1}(a) sachant que f_a est la bijection E--->E  x---> ax

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 17:42

DOMOREA J'ai bien aimé comment vous avez procédé !
Je cherche juste à avoir le plus de méthode possible sur ce genre d'exercice.
Oui j'ai bien mélangé les deux écritures désolé

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 17:48

DOMOREA @ 29-09-2021 à 17:29

@carpediem
Qu'est ce que tu veux prouver avec  f(u)=a ;f(v)=u ?


ben vu que f(x) = ax

si f(u) = a alors au = a donc u est élément neutre à droite !!!

si f(v) = u alors av = u donc v est un inverse à droite ... (puisque u est le neutre ... à droite)

cette existence assurée il est "aisé" de se débarrasser de ces "à droite" en combinant proprement les choses et sans avoir à passer par la bijection réciproque mais en utilisant les propriétés algébriques d'un groupe ...

et ici très certainement c'est l'associativité  qui va permettre de conclure dans les deux cas ...

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 18:06

ainsi pour tout b : (ba)u = b(au) = ba

et puisque la fonction x --> bx est bijective on en déduit que u est le neutre à droite ...

et puisque a(ua) = (au)a = aa

et que a est régulier on en déduit que ua = a

donc u est neutre à gauche

...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 19:13

@carpediem,
D'accord pour

Citation :
et puisque a(ua) = (au)a = aa

et que a est régulier on en déduit que ua = a

Mais dans
Citation :
(ba)u = b(au) = ba
où est démontré bu = b

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 19:21

au départ on s'est fixé un élément a et je n'avais montré que pour ce a fixé on a : au = a (bijectivité de x --> ax)

maintenant avec la bijectivité de la fonction x --> bx où b est un autre élément et avec cette relation et en posant x = ba on a donc pour tout x : xu  = x

donc ce qui est vrai pour a l'est en fait pour tout a



REM : il n'est nulle part mentionné régularité à gauche ou a droite

on pourrait donc considérer la fonction x --> xa qui est donc aussi bijective

puis il existe u et v tel que au = a et va = a

l'associativité permet alors de conclure que u = v ...

puis idem pour montrer que c'est vrai pour tout a ...

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 29-09-21 à 19:26

je ne comprends rien

Citation :
si f(u) = a alors au = a donc u est élément neutre à droite !!!


comment prouves-tu que pour b différent de a,  bu=b ?

pour ma part il y a quelque chose d'important que j'ai oubliée c'est établir que f^{-1}(id_E)=f_c or
ceci se montre en remarquant que pour a quelconque si on note n le cardinal de E alors
\{a^1;a2,a^3,...a^n,a^{n+1}\} possède deux éléments identiques  a^p,a^q

il faut séparer les cas où p=q+1 et  p>q+1
premier cas f_a=id
deuxième cas f_{p-q}=id
facile à démontrer en écrivant ; pour tout x de E , a^px=a^qx et en utilisant la régularité

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 19:30

Citation :
maintenant avec la bijectivité de la fonction x --> bx où b est un autre élément et avec cette relation et en posant x = ba on a donc pour tout x : xu = x
J'ai toujours pas compris.
Mais je vais quand même dîner
Je donnerai ma version après le repas.

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 20:05

DOMOREA @ 29-09-2021 à 19:26

je ne comprends rien
Citation :
si f(u) = a alors au = a donc u est élément neutre à droite !!!


comment prouves-tu que pour b différent de a,  bu=b ?


par ce que pour tout b : (ba)u = b(au) = ba

donc pour tout b : (ba)u = ba

soit en posant x = ba alors pour tout x xu = x

et le pour tout x est vrai car le pour tout b est vrai car la fonction x -->bx est bijective ...

(ou si vous préférer la fonction x -->xa)

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 20:53

Ça y est, j'ai compris

Je donne quand même ma version terre à terre :
Avec a dans E et la bijection f de E dans E définie par f(x) = ax.

a) Soit u l'antécédent de a par f : au = a.
a(ua) = (au)a = aa.
a(ua) = aa ; par régularité de a, on a ua = a.

b) Soit y dans E et x son antécédent par f.
ax = y ; donc u(ax) = uy.
Mais u(ax) = (ua)x = ax. D'où uy = y.
Pour tout y de E on a uy = y.

c) On peut démontrer yu = y comme au a).

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 21:10

Merci infiniment à vous tous !

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 23:13

Sylvieg :

ton a/ est ce que je dis à 18h06 et ton b/ est dans le même ordre d'idée mais effectivement plus efficace !que ce que je propose !!

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 23:17

DOMOREA J'ai beaucoup aimé ce que vous aviez proposé, mais je n'ai pas encore le réflexe d'utiliser des groupes de fonctions assez "usuels" pour traiter ce genre d'exercice.

Pour l'inversibilité je n'ai eu d'idée claire à exploiter :
Pour montrer que chaque élément inverse j'ai procédé comme ci :
on a f(x)=ax et f-1(x)=bx
f°f-1(x)=abx=x par régularité nous avons ab=u
f-1°f(x)=bax=x par régularité ba=u
d'où ab=ba=u donc b =a-1
Mais je dois trouver maintenant une formule avec quelque csoit x
des idées ?

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 23:19

ben ce que tu écris est bien un "quel que soit x" (puisque tout élément est régulier)

Posté par
KrnT
re : Structure : Groupe 29-09-21 à 23:21

Mais a et b sont fixés non ?

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 30-09-21 à 07:55

Bonjour,
Pour démontrer que chaque élément a de E a un inverse, il suffit de considérer l'antécédent de l'élément neutre u par la bijection f de E dans E définie par f(x) = ax.

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 30-09-21 à 09:45

bonjour,
@carpediem
excuse moi mais il y a un loup dans ta démonstration dès le début
Tu pars de la bijection fa donc pour un a choisi parmi tous les éléments de E.
tu appelles u l'antécedent de a puisque tu écris f(u)=a donc avec mes notations fa(u)=a
tu en conclues plus loin que u est élément neutre, ce qui veut dire que pour b distinct de a , on peut écrire alors
f_b^{-1}(b)=u
donc bu=b
En fait c'est comme si tu partais de l'hypothèse qu'il existe un neutre u  et  tu démontres ensuite qu'il est neutre.

réfléchi à ce que je propose: SI a de E n'est pas neutre  alors du fait de la finitude de E  que je suppose de cardinal n,  la suite a,a2,...,an,an+1 posède au moins 2 éléments égaux
Donc il existe p et q, 1\leq p<q\leq n+1 tels que ap=aq
comme a n'est pas neutre q n'est pas égal à p+1
pour tout x de E   apx=aqx avec la régularité on en déduit que a^{q-p}est l'élément neutre à gauche mais aussi à droite car on peut écrire xa^p=xa^q

donc avec mes notations h^{-1}(f_{a^{q-p}})=e élément neutre de E

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 30-09-21 à 09:55

@DOMOREA,
As-tu lu mon message d'hier à 20h53 ?
Pas très différent de ce que carpediem avait écrit.
Et nulle part n'est supposé qu'il existe un neutre.
Il est seulement utilisé que ce que tu notes fa est une bijection de E dans E.
D'où l'existence de u antécédent de a par fa.

Posté par
DOMOREA
Structure : Groupe 30-09-21 à 10:17

ok je reconnais avoir mal interprété, que carpediem m'excuse aussi
et on peut se mettre d'accord avec f_a(a^{q-p})=a.a^{q-p}=a^{q-p+1}=a
car j'écrivais a^p=a^q donc a^{q-p+1}=a
j'exprime ainsi l'élément neutre au moyen de a

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 30-09-21 à 10:22

Oui, utiliser les puissances de a est une piste qui fonctionne aussi

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : Structure : Groupe 30-09-21 à 10:58

KrnT avait démarré avec la bijection fa.
C'était une très bonne idée. Et nous l'avons aidé à la faire aboutir.
La méthode avec les puissances me semble encore plus "terre à terre"

Posté par
carpediem
re : Structure : Groupe 30-09-21 à 13:51

DOMOREA : no problemo ...

je voulais juste montrer un raisonnement qui utilise explicitement l'associativité ...

tu utilises le raisonnement classique des puissances (dans un ensemble fini) ... mais de même il ne faut surtout pas oublier que c'est possible grâce à l'associativité !!



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