Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Set theoryUnreviewed

Bijectivité(s)

by NawzadHogan·
35
Difficulty scaleÉchelle de difficulté

This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.

  1. 1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
  2. 11–25Beginner / high schoolDébutant / lycée
  3. 26–50Intermediate / undergraduateIntermédiaire / licence
  4. 51–70Advanced / graduateAvancé / master
  5. 71–90Expert / specializedExpert / spécialisé
  6. 91–100Research levelNiveau recherche
These levels are approximate guides.Ces niveaux sont des repères approximatifs.
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Français

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Unreviewed. This problem has not been reviewed by trusted users yet.

Soit EE un ensemble, on note F(E,E)\mathcal{F}(E,E) l’ensemble des applications de EE dans EE. Soit g∈F(E,E)g\in\mathcal{F}(E,E). On définit :
Φ :F(E,E)⟶F(E,E)f⟼g ∘ f\begin{array}{lcl} \Phi \ : & \mathcal{F}(E,E) & \longrightarrow \mathcal{F}(E,E) \\ & f & \longmapsto g \ \circ \ f \end{array}Montrer que gg est bijective si et seulement si Φ\Phi est bijective.

Attention : nous ne sommes pas dans un ensemble de matrices...

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Solution by NawzadHogan

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Commençons par le sens direct, qui est le plus facile :

Supposons que gg est bijective, et notons g−1g^{-1} son inverse. On pose :
Ψ :F(E,E)⟶F(E,E)f⟼g−1 ∘ f\begin{array}{lcl} \Psi \ : & \mathcal{F}(E,E) & \longrightarrow \mathcal{F}(E,E) \\ & f & \longmapsto g^{-1} \ \circ \ f \end{array}Alors, pour tout f∈F(E,E)f\in\mathcal{F}(E,E), Φ ∘ Ψ(f)=g ∘ g−1 ∘ f=f\Phi \ \circ \ \Psi(f)=g \ \circ \ g^{-1} \ \circ \ f=f, et Ψ ∘ Φ(f)=g−1 ∘ g ∘ f=f\Psi \ \circ \ \Phi (f)=g^{-1} \ \circ \ g \ \circ \ f=f. Ainsi, Φ ∘Ψ=IdF(E,E)=Ψ ∘ Φ\Phi \ \circ \Psi = Id_{\mathcal{F}(E,E)}=\Psi \ \circ \ \Phi, donc Φ\Phi est bien inversible.

Réciproquement, supposons que Φ\Phi est bijective. Alors, il existe g′∈F(E,E)g'\in\mathcal{F}(E,E) tel que g ∘ g′=IdEg \ \circ \ g'=Id_{E}. Ici, il faut faire attention. A première vue, on pourrait croire qu’on a terminé. Cependant, pour que gg soit bijective, il faut également qu’elle soit inversible à gauche. Montrons que c’est le cas. Posons :
Ψ :F(E,E)⟶F(E,E)f⟼f ∘ g\begin{array}{lcl} \Psi \ : & \mathcal{F}(E,E) & \longrightarrow \mathcal{F}(E,E) \\ & f & \longmapsto f \ \circ \ g \end{array}Alors, Ψ\Psi commute avec Φ\Phi : pour tout f∈F(E,E)f\in\mathcal{F}(E,E), Φ ∘ Ψ(f)=g ∘f ∘ g\Phi \ \circ \ \Psi(f)=g \ \circ f \ \circ \ g, et Ψ ∘ Φ(f)=g ∘ f ∘ g\Psi \ \circ \ \Phi (f)=g \ \circ \ f \ \circ \ g. Puisque Ψ\Psi commute avec Φ\Phi, alors elle commute avec son inverse (de manière générale, si ⋅\cdot est une opération associative, et qu’il existe a,ba,b avec aa inversible pour ⋅\cdot, tels que a⋅b=b⋅aa\cdot b=b\cdot a, alors en multipliant à gauche et à droite par a−1a^{-1}, on obtient b⋅a−1=a−1⋅bb\cdot a^{-1}=a^{-1} \cdot b).
Ainsi,
Ψ(g′)=Ψ(Φ ∘ Φ−1)(g′)=Φ−1(Ψ ∘ Φ)(g′)=Φ−1(g ∘ g′ ∘ g)=Φ−1(g)=IdE.\Psi(g')=\Psi(\Phi \ \circ \ \Phi^{-1})(g')=\Phi^{-1}(\Psi \ \circ \ \Phi)(g')=\Phi^{-1}(g \ \circ \ g' \ \circ \ g)=\Phi^{-1}(g)=Id_{E}.Donc g′ ∘ g=IdEg' \ \circ \ g = Id_{E}, donc gg est inversible à gauche et à droite, d’où gg bijective.

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