Ivan Shishkin, Rye (1878)

Problems/Set theoryExercise

Surjectivité et composition d’applications

by darktoaster·
24
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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Soient EE, FF et GG des ensembles.
Soient f:E→Ff : E \to F, g:F→Gg : F \to G et h=g∘fh = g \circ f des applications.
\newline
1)\textbf{1)} Supposons que ff et gg soient surjectives, montrer que hh est surjective.
2)\textbf{2)} Supposons que hh soit surjective, montrer que gg est surjective.
3)\textbf{3)} Supposons que hh soit surjective, est-ce que ff est nécessairement surjective ?

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Solutions

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Solution by darktoaster

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1)\textbf{1)} Soit z∈Gz \in G, montrons que zz admet un antécédent dans EE par la fonction hh.
Par surjectivité de gg, il existe un y∈Fy \in F tel que g(y)=zg(y) = z
Par surjectivité de ff, il existe un x∈Ex\in E tel que f(x)=yf(x) =y
En combinant les deux égalités : z=g(f(x))z=g(f(x))
Par définition de hh comme composée : z=h(x)z = h(x)
zz admet x∈Ex\in E comme antécédent par hh.
\newline
2)\textbf{2)} Soit z∈Gz \in G, montrons que zz admet un antécédent dans FF par la fonction gg.
Par surjectivité de hh, il existe un x∈Ex \in E tel que h(x)=zh(x) = z
Par définition de hh, z=g(f(x))z = g(f(x))
zz admet f(x)∈Ff(x) \in F comme antécédent par gg.
\newline
3)\textbf{3)} On prend E=RE = \R, F=R∗F = \R^{*} et G=R+∗G=\R_{+} ^{*} comme ensembles
et f:x↦exf : x \mapsto e^{x} et g:x↦x2g : x \mapsto x^{2}

On vérifie que les applications ff et gg sont correctement définies, c’est-à-dire que les images de ces applications sont bien incluses dans leurs ensembles d’arrivée. ff est bien à valeurs dans R∗\R^{*} car l’exponentielle réelle ne s’annule pas. gg est bien à valeurs dans R+∗\R^{*}_{+} car les carrés de réels non-nuls sont strictement positifs.
\newline
∀x∈R,h(x)=(ex)2=e2x\forall x \in \R, h(x) = (e^{x})^{2} = e^{2x}

hh est surjective de E=RE = \R sur G=R+∗G = \R_{+} ^{*}.
\newline
Pourtant, on remarque que ff n’est pas surjective de EE sur FF. En effet, l’exponentielle réelle, non seulement elle ne s’annule pas, mais elle est strictement positive, donc n’atteint pas tous les points de R∗\R^{*}.
\newline
Si on avait pris F=R+∗F = \R_{+}^{*} , alors toutes les trois applications auraient été surjectives. La surjectivité d’une application dépend de son ensemble d’arrivée.

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