unicité du cardinal

Bonjour,

Est-ce difficile de montrer que pour tous entiers naturels $m$ et $n$, il existe une bijection de $\N_m$ sur $\N_n$ si et seulement si $m=n$ ? (où $\N_n = \{ 1, \dots , n \}$). C'est très intuitif mais pour l'écrire... :S

Merci!

Réponses

  • Ca n'a au contraire, rien d'évident.
    dans l'ordre, tu peux prouver

    1) s'il y a une injection de n+1 dans m+1, alors il y en a une de n dans m

    2) si $n\leq m$ alors $n+1\leq m+1$

    3) que s'il y a une injection de n dans m alors $n\leq m$, en organisant une récurrence



    (Remarques: $n$ est déjà l'ensemble des entiers qui lui sont inférieurs strictement, donc les notations du genre $\N _p$ sont un peu "snobs". $n+1$ est par définition $n\cup \{n\}$)
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Y a quand même plus simple. Soit $f: \{1,\ldots,n\}\to \{1,\ldots,m\}$ une bijection.

    Puisque $f$ est injective, le nombre d'éléments de l'image est celui de l'ensemble de départ, c'est-à-dire $n$. Puisque elle est surjective, tout élément de l'ensemble d'arrivée est atteint. Donc le nombre d'éléments de l'image est celui de l'ensemble d'arrivée, c'est-à-dire $m$. Ainsi $n=m$.


    J'ai utilisé le fait suivant. Si $E,F$ sont deux ensembles finis, et si $f : E\to F$ est injective, alors $E$ et $f(E)$ ont même nombre d'éléments.

    [Démo: Si $x_1,\ldots,x_r$ sont les éléments de $E$, il faut montrer que les éléments $f(x_1),\ldots,f(x_r)$ sont distincts. Mais cela découle de l'injectivité de $f$ par définition même : si $x_i\neq x_j$, alors $f(x_i)\neq f(x_j)$]
  • Bonjour GreginGre.

    Un doute subit m'étreint : Comment définis-tu le "nombre d'éléments" d'un ensemble fini ?

    Bruno
  • D'abord merci à tous.

    @ Christophe Chalons: Excuses-moi mais je ne comprends rien à partir du point 2). :-(

    @ GreginGre: Même question que Bruno !

    @ Bruno: On reconnaît un membre du jury du CAPES ! Voilà la définition que je prends:

    Définition (Ensemble fini/infini) Soit $E$ un ensemble. On dit que $E$ est fini s'il est vide ou si, pour un certain $n \in \N^\times$, il existe une bijection de l'ensemble $\N_n$ sur $E$; on dit sinon que $E$ est infini.
  • Soit $P(n)$ la propriété"si $m$" est un entier naturel tel que $\{1,\ldots,n\}$ est en bijection avec $\{1,\ldots,m\}$ alors $m=n$". On va montrer par récurrence que $\forall n\ P(n)$
    Si $n=0$ c'est trivial (l'ensemble vide n'est pas en bijection avec l'ensemble non vide).
    Si $n\geq 0$ et $\forall k \leq n\ P(k)$: Soit $f:\{1,\ldots,n+1\}\rightarrow \{1,\ldots,m\}$ une bijection, et $\tau$ la bijection de $\{1,\ldots,m\}$ dans lui-même échangeant $f(n+1)$ et $m$. Alors la restriction de $\tau \circ f$ à $\{1,\ldots,n\}$ est une bijection entre $\{1,\ldots,n\}$ et $\{1,\ldots,m-1\}$ donc (réc) $n=m-1$ donc $n+1=m$.

    [Corrigé selon ton indication. AD]
  • Bonjour à tous.

    Une "démonstration" express : On utilise le principe des tiroirs.

    amicalement,

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Pato, tu as raison (:P), mais un membre expérimenté ne pose pas cette question d'entré de jeu, il attend une occasion convenable car elle risque de bloquer le malheureux candidat.

    Bruno
  • à Gregingre et ev: même objection que celle que Bruno vous fait, vue "l'évidence" de ce que demande Pato, faut faire attention à ne pas tomber dans le "circulaire"***, autrement dit se servir d'un truc qui se sert de ce qu'il veut prouver. Or vos arguments le font

    *** un peu comme les gens qui "ne pensent pas" que c'est aussi dur de prouver que $\Z$ est factoriel que de prouver que tout anneau euclidien l'est.

    à Pato: Foys semble t'avoir donné une preuve complète (mais assez solennelle...)

    J'ai modifié pour que tu "comprennes" mieux bien que j'avais pas l'impression d'avoir si mal disposé le plan "1-2-fin". Enfin, j'ai mis 1-2-3 tu préfèreras peut-être: je te proposais des étapes, il te restait juste à rédiger.

    Rappel: $n=\{0;1;2;...;n-1\}$

    Si ça te pose encore des soucis, soit $f$ une injection de $n+1$ dans $m+1$. Alors la restriction de $f$ à $n$ a une image qui contient tous les éléments de $m$ sauf 1 seul, (b:=f(n)).

    En composant $f$ avec la transposition $t$ qui échange b et $m$ tu obtiens une injection de $n$ dans $m$. Si, pour une récurrence, tu admets que tu as choisi d'appeler $n$ le plus petit entier qui soit une éventuelle exception à la proporiété que tu cherches à prouver alors $n\leq m$, et donc $n+1\leq m+1$

    Dans la remarque, je te rappelais juste que la définition officielle des entiers "donne" que, par exemple, $5=\{0;1;2;3;4\}$
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Salut Christophe.

    J'adore la notion de "définition officielle des entiers". J'ignorais que le gouvernement ou l'aasemblée s'étaient penchés sur le problème.
    Mais tu n'es pas le seul à croire que ce que tu as appris est la seule façon de penser les maths. les entiers ont été définis de tant de façons qu'il est déraisonnable de penser que la façon dont les définissent certains auteurs actuels (même si c'est ... tous) est la "meilleure façon". Cette définition paraitra probablement aussi fumeuse aux auteurs de dans 1000 ans que nous paraît peu sérieuse la définition d'Euclide.

    Cordialement

    NB : Je te rappelle qu'on peut clairement définir les entiers sans la notion d'ensemble. Tous les gamins de 3 à 5 ans le savent.
  • Ah, ça me fait bien plaisir de voir que toi qui es pourtant si calme, reste extrèmement vigilent à chaque occurence de l'éternel débat qui nous oppose, heureusement pour le plaisir... X:-(X:-(

    Si j'ai envie de te provoquer, je saurai quoi faire ... ça a l'air de bien marcher;)

    Par contre en ce qui concerne les entiers tu as peut-être été un peu rapide, car toi-même, je ne serais asp étonné que tu apprécies la simplicité de leur définition formelle (si tu préfères formelle à officielle lol)...

    Là pour le coup, on ne perd pas grand chose (je veux dire ce n'est pas une "abstraction" aussi douloureuse que pour les fonctions par exemple, non? En plus au lieu de se fatiguer mettre des accolades, le fait de savoir que $n$ est bien un ensemble (le plus canonique qui soit) qui contient $n$ éléments ne vaut-il pas le coup de faire acte d'acceptation??
    Je te rappelle qu'on peut clairement définir les entiers sans la notion d'ensemble. Tous les gamins de 3 à 5 ans le savent.

    Non, mais on parle de définitions pas de compréhension... Des fois, à "militer" (et oui.. toi aussi ça t'arrive..) j'ai l'impression que tu pousses un peu faire l'intuitif non? Bien sûr qu'il y a des tas de choses qu'on intuitive, mais de là à appeler ça des définitions.. D'ailleurs, sinon, Pato aurai-il posé sa question? Après tout, il ressentait un besoin alors que "tous les enfants de 3 à 5ans" savent aussi que si 2 entiers ont même cardinal ils sont égaux, non?
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Me semblait bien que j'en avais parlé au moment du fil sur le forcing, dès la première page, d'ailleurs, j'ai retrouvé où ça commence:

    (ça fait que quelques posts, largement accessibles)

    http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?16,358198,358234#msg-358234
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Christophe,

    ne te trompes pas, j'aime bien, j'adore ta définition des entiers. C'est juste le mot "officielle" qui m'amuse. Tu as suffisamment trainé dans le milieu des mathématiciens pour savoir que maths et "officiel" ne font pas bon ménage.

    Cordialement
  • Ah oui, je suis plus que d'accord avec toi sur ce coup-là... C'est pour ça que j'en use et abuse, parce que je sais que ça ne peut pas être sérieux (politiquement): pour moi, l'impossibilité du mot "officiel" en maths est tellement forte qu'elle ne court aucun risque à être niée, et du coup je l'utilise dans le sens de "formel"...

    En effet, dans l'autre sens, j'ai parfois un peu peur, que l'appréhension de l'exigence de formel n'en conduisent certains à "perdre" (et s'en parecevoir tard) leurs repères initiaux: le fil de Pato me semblait exprimer un peu ce regret qu'il avait peut-être
    Aide les autres comme toi-même car ils sont toi, ils sont vraiment toi
  • Alors tu pourrais peut-être utiliser des formes du style "une définition classique", ou "une des définitions les plus pratiques". Voire : Une définition "officielle" ...

    Cordialement
  • Bonsoir Christophe.

    Je pense que tu n'avais pas lu assez attentivement mon post. Il y avait un titre et des guillemets. Je ne suis pas un perdreau de l'année. Je voulais simplement, dans mon rude patois, signaler qu'en démontrant le principe des tiroirs, on aboutissait aussi au résultat escompté.

    A part ça,il est facile de tourner en rond.

    Sans rapport avec ce qui précède, lorsque tu écris : " il existe un ensemble vide et un seul", tu as déjà défini l'entier naturel 1 ?

    amicalement,

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


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