Mathématiques : 1Bac SM
Séance 3-1 : Applications (Cours)
Professeur : Mr CHEDDADI Haitam
Sommaire
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-1/ Applications
1-2/ Égalité de deux applications
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
II- Restriction et prolongement d’une application
2-1/ Restriction d’une application
2-2/ Prolongement d'une application
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-1/ Application injective
3-2/ Application surjective
3-3/ Application bijective
3-4/ L'application réciproque d'une bijection
IV- Composition des applications
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-1/ Applications
Définition
Soit et deux ensembles non vides.
On appelle application de vers toute relation qui, à tout élément de associe un unique élément de .
On écrit alors :
L’application est souvent notée de la manière suivante :
Remarque
On peut reformuler la définition d’une application comme suit :
( est une application de vers )
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-1/ Applications
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
L'ensemble est appelé ensemble de départ de l'application .
L'ensemble est appelé ensemble d'arrivée de l'application .
Pour tout , l'unique élément de tel que est appelé image de par .
Pour tout , tout élément de tel que (il peut ne pas exister, en exister un, en exister plus d'un) est appelé un antécédent de par .
On appelle graphe de l'application l'ensemble des couples lorsque décrit .
On le note . On a alors :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-1/ Applications
Applications
On considère l'application définie par :
- Déterminer les antécédents de par .
- Déterminer l'ensemble des antécédents des éléments et .
- L'implication suivante est-elle vraie : ? Justifier la réponse.
On considère les ensembles et .
- Définir une application de vers .
- Définir une application de vers .
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-2/ Égalité de deux applications
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble et une application d'un ensemble vers un ensemble .
On dit que les applications et sont égales et on écrit si elles ont le même ensemble de départ , le même ensemble d'arrivée et si .
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-2/ Égalité de deux applications
Applications
Dans chacun des cas suivants, montrer que les applications / et g sont égales :
1er cas :
et
2ème cas :
et
3ème cas :
et
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
Pour toute partie de , on définit l'image directe de par , notée par :
On a donc :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Applications
On considère l'application :
- Déterminer .
- Montrer que :
On considère l'application :
- Justifier que pour tout :
- En déduire que :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Proposition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble , et et deux parties de .
Alors :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Remarques
Attention, on n’a pas, en général .
On peut par exemple examiner :
et et
On trouve : et
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
Pour toute partie de , on définit l'image réciproque de par , notée par :
On a donc :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Remarques
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble , et une partie de .
- On a et .
- Pour tout :
- L'égalité ne signifie pas que .
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Proposition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble , et et une partie de .
Alors :
I- Application d'un ensemble vers un autre
1-3/ Image directe et image réciproque d’une partie
Applications
On considère l'application :
- Déterminer et .
On considère l'application :
- Déterminer
II- Restriction et prolongement d’une application
2-1/ Restriction d’une application
Définition
Soit une application et une partie de .
On appelle restriction de à la partie , l'application définie par :
On a alors et pour tout .
II- Restriction et prolongement d’une application
2-1/ Restriction d’une application
Applications
On considère l'application définie de vers par :
- Déterminer la restriction de l'application g à l'intervalle .
Soit l'application définie de vers par :
- A-t-on l'implication ? Justifier votre réponse.
- Montrer que la restriction de à l'intervalle vérifie l'implication précédente.
II- Restriction et prolongement d’une application
2-2/ Prolongement d'une application
Définition
Soit une application et un ensemble tel que .
On appelle prolongement de à la partie , toute application définie de vers telle que :
Remarque
La restriction d'une application à une partie est unique mais on a en général plusieurs prolongements possibles d'une application à un même ensemble.
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-1/ Application injective
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
On dit que l'application est injective (on dit aussi que c'est une injection) si tout élément de a au plus un antécédent dans par l'application .
Autrement dit, pour tout , l'équation admet au plus une solution dans .
Cela s'écrit :
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-1/ Application injective
Applications
- Dans chacun des cas suivants, montrer que l'application est injective :
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-2/ Application surjective
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
On dit que l'application est surjective (on dit aussi que c'est une surjection) si tout élément de a au moins un antécédent dans par l'application .
Autrement dit, pour tout , l'équation admet au moins une solution dans .
Cela s'écrit :
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-2/ Application surjective
Proposition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble . Alors :
( est surjective)
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-2/ Application surjective
Applications
- Dans chacun des cas suivants, montrer que l'application est surjective :
Soit l'application :
- Montrer que est injective.
- Montrer que pour tout , est paire.
- En déduire que n'est pas surjective.
Soit l'application :
- Déterminer pour que soit surjective.
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-3/ Application bijective
Définition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble .
On dit que l'application est bijective (on dit aussi que c'est une bijection) si tout élément de admet exactement un antécédent dans par l'application .
Autrement dit, pour tout , l'équation admet une solution unique dans .
Cela peut s'écrire :
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-3/ Application bijective
Remarque
Si on veut être précis en termes de vocabulaire, on doit dire :
- est une application de vers .
- est une injection de vers .
- est une surjection de vers .
- est une bijective de vers .
Néanmoins, dans la pratique, on n'est pas aussi méticuleux et on dit que est une application, une injection, une surjection, une bijection de vers ou de dans .
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-3/ Application bijective
Proposition
Soit une application d'un ensemble vers un ensemble . Alors :
est bijective si, et seulement si, est injective et surjective
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-3/ Application bijective
Applications
Soit l'application définie de dans par :
- Montrer que est injective.
- Montrer que est surjective.
- En déduire que est bijective.
Soit l'application définie de dans par :
- Montrer que est injective et surjective.
- Que peut-en conclure de l'application ?
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-4/ L'application réciproque d'une bijection
Définition
Soit une application bijective d'un ensemble vers un ensemble .
En associant à tout élément son unique antécédent par , on définit une application de dans .
Cette application est appelée application réciproque de l'application (ou simplement la réciproque de ) et notée .
Elle est caractérisée par l'équivalence suivante :
III- Injectivité - Surjectivité - Bijectivité
3-4/ L'application réciproque d'une bijection
Applications
On considère l'application :
- Montrer que l'application est bijective.
- Déterminer son application réciproque .
IV- Composition des applications
Définition
Soit une application de vers , et une application de dans .
L’application définie de dans par est appelée composée des applications et dans cet ordre
Elle est notée (se lit : rond ).
On a alors :
IV- Composition des applications
Remarque
Attention ! il se peut que l'on puisse définir l'application mais que l'on ne puisse pas définir l'application .
Si l'on peut définir et , ces deux applications ne sont pas forcément égales, donc la composition des applications n'est pas une opération commutative.
Par contre, la composition des applications est une opération associative, c'est-à-dire : pour trois applications , et , on a :
IV- Composition des applications
Applications
On considère les applications et
- Déterminer , , et .
On considère les applications et
- Déterminer , et .
On considère les translations du plan et .
- Déterminer l'application (On rappelle que ).
IV- Composition des applications
Proposition
Soit une application de vers , et une application de dans .
1- Si les applications et sont injectives, alors l'application est injective de dans .
2- Si les applications et sont surjectives, alors l'application est surjective de dans .
3- Si les applications et sont bijectives, alors l'application est bijective de dans , et on a :
4- Si l'application est bijective, alors :
et
IV- Composition des applications
Remarque
Si est une application bijective de vers et son application réciproque, alors :
et
où est l'application identique de et est l'application identique de définies par :
et
IV- Composition des applications
Applications
Soit un ensemble non vide.
On considère l'application définie de dans par :
- Montrer que l'application est injective.
- Montrer que l'application est surjective
- En déduire que l'application est bijective, puis déterminer sa bijection réciproque.
On considère l'application définie de dans par :
- Montrer que l'application est bijective et déterminer sa bijection réciproque.
On considère l'application :
- Déterminer .
- L'application est-elle injective ? Justifier votre réponse.
- Montrer que .
- L'application est-elle surjective ? Justifier votre réponse.
On considère l'application :
- Déterminer une application telle que .
- Montrer que les applications et sont surjectives et en déduire que est surjective.
Soit l'application définie de dans par :
- Montrer que l'application est bijective et donner sa bijection réciproque.