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Mathématiques · Classes prépa (CPGE) — 1ère année — ECS

Relations binaires

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Soit $E$ un ensemble. Une relation binaire $\mathcal{R}$ sur $E$ est une partie de $E \times E$. On note $x \mathcal{R} y$ pour $(x, y) \in \mathcal{R}$.

  • Relation d'équivalence : $\mathcal{R}$ est réflexive, symétrique et transitive. Elle définit une partition de $E$ en classes d'équivalence : $cl(x) = {y \in E / x \mathcal{R} y}$.
  • Relation d'ordre : $\mathcal{R}$ est réflexive, antisymétrique et transitive. Si pour tout $(x, y) \in E^2$, on a $x \mathcal{R} y$ ou $y \mathcal{R} x$, l'ordre est dit total.

Méthodes à maîtriser

  • Pour prouver qu'une relation est d'équivalence : vérifier les 3 propriétés (R, S, T) séparément.
  • Pour déterminer une classe d'équivalence : résoudre l'équation $x \mathcal{R} y$ d'inconnue $y$.
  • Pour prouver qu'une relation est d'ordre : vérifier les 3 propriétés (R, A, T).

Exemples corrigés

  1. Soit $\mathcal{R}$ sur $\mathbb{R}$ définie par $x \mathcal{R} y \iff x^2 = y^2$. C'est une relation d'équivalence. $cl(x) = {x, -x}$.
  2. La relation $\leq$ sur $\mathbb{R}$ est une relation d'ordre total.

Erreurs fréquentes

  • Confondre symétrie ($x \mathcal{R} y \implies y \mathcal{R} x$) et antisymétrie ($x \mathcal{R} y$ et $y \mathcal{R} x \implies x = y$).
  • Oublier de vérifier la réflexivité pour une relation d'ordre.
  • Penser qu'une relation d'ordre est toujours totale (ex: inclusion $\subset$ dans $\mathcal{P}(E)$ n'est pas totale si $|E| \geq 2$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Relations binaires

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Soit $\mathcal{R}$ une relation d'équivalence sur $E$. Laquelle de ces propriétés est fausse ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce qu'une relation d'équivalence est toujours une relation d'ordre ?

Non, jamais. Une relation d'équivalence est symétrique, alors qu'une relation d'ordre est antisymétrique. Si une relation est à la fois d'équivalence et d'ordre, elle se réduit à l'égalité ($x \mathcal{R} y \iff x = y$).

💡 À retenir : Les deux notions sont opposées dans leur structure.

Kifach n7seb la classe d'équivalence dyal wahed l3onsor x ?
  1. Tu écris la définition : $cl(x) = {y \in E / x \mathcal{R} y}$.
  2. Tu remplaces $x \mathcal{R} y$ par la condition donnée dans l'énoncé.
  3. Tu résous l'équation ou l'inéquation pour trouver tous les $y$ possibles.

💡 À retenir : La classe d'équivalence est l'ensemble de tous les "amis" de $x$ selon la relation.

Chno hiya lfar9 bin ordre total o ordre partiel ?
  1. Ordre total : Tous les éléments sont comparables (pour tout $x, y$, soit $x \leq y$ soit $y \leq x$).
  2. Ordre partiel : Il existe au moins deux éléments qu'on ne peut pas comparer.

💡 À retenir : Dans un ordre total, on peut toujours classer les éléments sur une ligne.

Est-ce qu'une relation peut ne pas être réflexive ?

Oui, par exemple la relation $<$ sur $\mathbb{R}$ n'est pas réflexive car $x < x$ est faux. Elle n'est donc ni d'équivalence ni d'ordre.

💡 À retenir : La réflexivité est une condition nécessaire pour les deux types de relations étudiées.

Chno hiya l'antisymétrie exactement ?

C'est la propriété qui empêche les cycles de longueur 2. Si $x$ est en relation avec $y$ et que $y$ est en relation avec $x$, alors forcément $x$ et $y$ sont le même élément.

💡 À retenir : C'est ce qui permet de définir un "ordre" strict.

Comment montrer qu'une relation est transitive ?
  1. Tu supposes $x \mathcal{R} y$ et $y \mathcal{R} z$.
  2. Tu utilises les définitions pour écrire les égalités ou inégalités correspondantes.
  3. Tu en déduis $x \mathcal{R} z$.

💡 À retenir : La transitivité est le "pont" entre $x$ et $z$ via $y$.

Est-ce que l'ensemble vide peut être une relation ?

Oui, c'est la relation vide. Elle n'est réflexive que si l'ensemble de départ est vide.

💡 À retenir : Une relation est un sous-ensemble de $E \times E$.

Est-ce que cl(x) = cl(y) implique x = y ?

Non, $cl(x) = cl(y)$ équivaut à $x \mathcal{R} y$. Si $x$ et $y$ sont en relation, ils appartiennent à la même classe.

💡 À retenir : Deux éléments sont dans la même classe s'ils sont équivalents.

Est-ce qu'une relation d'ordre peut avoir plusieurs éléments maximaux ?

Oui, dans un ordre partiel, on peut avoir plusieurs éléments qui ne sont plus petits que rien d'autre.

💡 À retenir : "Maximal" ne veut pas dire "plus grand que tout le monde".

Kifach n3ref wach l'ensemble dyal les classes d'équivalence forment une partition ?

C'est un théorème du cours : toute relation d'équivalence définit une partition, et toute partition définit une relation d'équivalence.

💡 À retenir : C'est une équivalence logique fondamentale.

Est-ce que la relation de divisibilité dans mathbb{N}^ est un ordre ?

Oui. Elle est réflexive ($a|a$), antisymétrique ($a|b$ et $b|a \implies a=b$) et transitive ($a|b$ et $b|c \implies a|c$).

💡 À retenir : C'est l'exemple classique d'ordre partiel.

Est-ce qu'on peut avoir une relation symétrique et transitive mais pas réflexive ?

Oui, sur un sous-ensemble. Mais attention, cela ne s'appelle pas une relation d'équivalence.

💡 À retenir : La réflexivité est indispensable pour parler de "classe d'équivalence".

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $\mathcal{R}$ la relation sur $\mathbb{R}$ définie par : $x \mathcal{R} y \iff x - y \in \mathbb{Z}$.

  1. Montrer que $\mathcal{R}$ est une relation d'équivalence.
  2. Déterminer la classe d'équivalence de $0$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Soit $E = \mathcal{P}({1, 2})$. On définit sur $E$ la relation $\mathcal{R}$ par $A \mathcal{R} B \iff A \subset B$.

  1. Montrer que $\mathcal{R}$ est une relation d'ordre.
  2. Est-ce un ordre total ?
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Soit $E = \mathbb{R}^2$. On définit $(x, y) \mathcal{R} (x', y') \iff x = x'$.

  1. Montrer que $\mathcal{R}$ est une relation d'équivalence.
  2. Décrire géométriquement les classes d'équivalence.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

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