Relation (mathématiques)/Exercices/Relation d'équivalence

Relation d'équivalence
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Exercices no1
Leçon : Relation (mathématiques)
Chapitre du cours : Relation d'équivalence

Exercices de niveau 14.

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Exo suiv. :Relation d'ordre
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Relation (mathématiques)/Exercices/Relation d'équivalence
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Exercice 1-1

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Soit   une injection. On définit sur   la relation   par (pour tous  ) :

 .

(Pour la notation  , voir Puissances itérées d'une fonction.)

  Montrer que (pour tous  )

 .

  Montrer que   est une relation d'équivalence sur  .

 Soit   une classe d'équivalence pour  .

a)  Montrer que  .
b)  Montrer que si   alors   et  .

 Montrer que toute partie   telle que   est une réunion de classes d'équivalence.

 Soit   définie par :  

a)  Montrer que   est injective.
b)  Déterminer  .
c)  Décrire les classes d'équivalence de la relation   associée à  .

Exercice 1-2

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Les relations   suivantes sont-elles des relations d'équivalence ? Si oui, décrire les classes d'équivalence et l'ensemble quotient.

  1.  ,  .
  2.  ,  .
  3.  ,  .
  4.  ,  .
  5.  ,  .
  6.  ,  .

Exercice 1-3

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Soient   un ensemble muni d'une relation d'équivalence et   une application.

Montrer élégamment (au lieu de vérifier séparément les trois propriétés usuelles) que la relation   sur   définie par

 

est une relation d'équivalence.

Exercice 1-4

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  1. Montrer que sur  , la relation   définie par   est une relation d'équivalence.
  2. Montrer que sur  , les deux opérations suivantes sont bien définies :
      et  .
  3. Quel est l'intérêt de cette construction ?

Exercice 1-5

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Wikipédia possède un article à propos de « Sous-ensemble cofini ».

Pour un ensemble infini   fixé, notons

 

  désigne le complémentaire de   dans  , et définissons sur   la relation   suivante :

 .
  1. Montrer que   est non vide et stable par intersection (c'est-à-dire  ).
  2. Montrer que   est une relation d'équivalence.
  3. Montrer que pour tous  ,   si et seulement si la différence symétrique   est finie.
  4. Donner un exemple de deux parties de   qui ne sont pas en relation par  .

Exercice 1-6

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Soient   un ensemble et   une partie fixée de  . On définit une relation   sur   par :

 .
  1. Justifier que   est une relation d'équivalence.
  2. Trouver un sous-ensemble   de   tel que l'application   soit bijective.

Exercice 1-7

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On note   l'ensemble des classes de congruence modulo  , muni des opérations   et   (déduites, par passage au quotient, des opérations usuelles sur  , donc héritant des bonnes propriétés de ces opérations usuelles — associativité, commutativité, neutres, distributivité — qui font de   ce qu'on appelle un anneau commutatif unitaire).

  1. Dresser les tables de ces deux opérations sur  .
  2. Soit   l'anneau des polynômes à coefficients dans   et   le sous-ensemble des polynômes de degré strictement inférieur à   (y compris le polynôme  , qui par convention est de degré  ).
    Dresser la liste des éléments de  .
  3. En notant   et   (pour tout  ) le quotient et le reste de la division euclidienne de   par   dans  , caractérisés par
     ,
    on définit sur   une relation d'équivalence   par :
     .
    On note   la  -classe d'un élément  .
    Montrer que l'application
     
    est bien définie et bijective.
  4. Montrer que   si et seulement si   (c'est-à-dire si   est le produit de   par un polynôme de  ).
  5. Montrer qu'il existe une unique application   et une unique application   telles que
     .
  6. Calculer   et  , puis montrer que
     .
    Comment cette propriété se traduit-elle sur les éléments de l'anneau   ?

Exercice 1-8

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Soit   la relation binaire sur   définie par :

 .
  1. Montrer que   est une relation d'équivalence.
  2. Décrire ses classes d'équivalence, et l'ensemble quotient  .
  3. Donner un exemple de partie   de   contenant exactement un élément de chaque classe.

Soit   la relation binaire sur   définie par :

 .
  1. Montrer que   est une relation d'équivalence.
  2. Montrer que chaque  -classe a au plus 3 éléments.
  3. Pour préciser le résultat précédent, on pose
     .
    Déterminer les ensembles  ,  ,   et   (il pourra éventuellement être utile de remarquer que  ).
  4. Donner un exemple de partie   de   contenant exactement un élément de chaque classe.
  5. Montrer qu'une telle partie   a la puissance du continu.

Soit   la relation sur   définie par :

 .
  1. Montrer que   est une relation d'équivalence.
  2. Montrer que les  -classes sont finies et pour tout  , déterminer l'ensemble
     .
  3. Donner un exemple de partie   de   contenant exactement un élément de chaque classe.

Exercice 1-9

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On rappelle que :

  • deux matrices carrées   sont dites semblables, ce que nous noterons  , s'il existe une matrice inversible,  , telle que   ;
  •   est une relation d'équivalence sur  .

On notera   la  -classe d'une matrice  , et   son déterminant.

  1. Montrer qu'il existe une unique application   telle que
     .
  2. Cette application est-elle surjective ? injective ?

Exercice 1-10

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Soient   et   deux ensembles et   l'ensemble des applications de   dans  . On suppose   non vide et l'on fixe un élément  .

Pour tout  , on note ensuite  . Montrer que ces ensembles   forment une partition de  .

Exercice 1-11

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On définit, sur l'espace   des polynômes réels de degré  , une relation   par :  . Démontrer que   est une relation d'équivalence et expliciter la classe   pour  .

Exercice 1-12

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  1. Démontrer que la relation   entre sous-ensembles de   est symétrique.
  2. De même pour la relation  .

Exercice 1-13

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Soient   et   la relation de congruence   dans  . Calculer l'intersection des  .

Exercice 1-14

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Soient   un espace vectoriel et   un sous-espace vectoriel de  .

Montrer que tout supplémentaire de   dans   est un ensemble de représentants pour la relation d'équivalence   sur   définie par :  .

Exercice 1-15

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Sur l'ensemble  , on définit la relation   par :

 .

Démontrer que   est une relation d'équivalence.

Exercice 1-16

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Quels intervalles sont des ensembles de représentants pour la relation de congruence modulo   sur   ?