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Logique et raisonnement · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

Relations d'équivalence et relations d'ordre

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

Une relation $R$ sur un ensemble $E$ est une partie de $E \times E$.

  1. Relation d'équivalence : $R$ est réflexive ($\forall x \in E, xRx$), symétrique ($\forall x,y \in E, xRy \Rightarrow yRx$) et transitive ($\forall x,y,z \in E, xRy \text{ et } yRz \Rightarrow xRz$).
  2. Classe d'équivalence : $\text{cl}(x) = {y \in E / xRy}$.
  3. Relation d'ordre : $R$ est réflexive, antisymétrique ($\forall x,y \in E, xRy \text{ et } yRx \Rightarrow x=y$) et transitive.

Méthodes à maîtriser

  • Pour prouver une équivalence : vérifier les 3 propriétés (R, S, T).
  • Pour déterminer une classe : résoudre l'équation $xRy$ en fixant $x$.
  • Pour prouver un ordre : vérifier (R, A, T). Attention à l'antisymétrie : on suppose $xRy$ et $yRx$ pour montrer $x=y$.

Exemples corrigés

  • Soit $R$ sur $\mathbb{R}$ définie par $xRy \iff x^2 = y^2$. C'est une relation d'équivalence. La classe de $x$ est ${x, -x}$.
  • Soit $\le$ sur $\mathbb{R}$. C'est une relation d'ordre total car $\forall x,y \in \mathbb{R}, x \le y$ ou $y \le x$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre symétrie et antisymétrie.
  • Oublier la réflexivité dans la rédaction.
  • Penser que toute relation d'ordre est totale (ex: inclusion $\subset$ dans $\mathcal{P}(E)$ est un ordre partiel).

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Relations d'équivalence et relations d'ordre

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Laquelle de ces propriétés est nécessaire pour une relation d'ordre ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi un élément maximal ?

Un élément $m$ est maximal s'il n'existe aucun élément $x$ dans l'ensemble tel que $mRx$ avec $m \neq x$.

💡 À retenir : "Maximal" ne veut pas dire "plus grand que tous les autres".

Est-ce que la relation d'ordre est unique sur un ensemble ?

Non, on peut définir plusieurs relations d'ordre différentes sur un même ensemble. Par exemple, sur $\mathbb{N}$, on a l'ordre usuel $\le$ et la relation de divisibilité $a|b$.

💡 À retenir : La relation dépend de la règle choisie.

Pourquoi on dit "relation binaire" ?

Parce qu'elle relie deux éléments (un couple) de l'ensemble. On travaille toujours avec des paires $(x, y)$.

💡 À retenir : "Binaire" = deux.

Est-ce qu'une relation d'équivalence est toujours un 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, c'est forcément l'égalité ($xRy \iff x=y$).

💡 À retenir : Symétrie et antisymétrie sont incompatibles sauf pour l'égalité.

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

💡 À retenir : La classe d'équivalence est un ensemble, n'oublie pas les accolades ${ \dots }$.

C'est quoi la différence entre ordre total et partiel ?

Un ordre est total si pour tout couple $(x, y)$, on peut toujours comparer $x$ et $y$ ($xRy$ ou $yRx$). Il est partiel s'il existe au moins un couple d'éléments qu'on ne peut pas comparer.

💡 À retenir : $\le$ dans $\mathbb{R}$ est total, mais $\subset$ dans les ensembles est partiel.

Chno hiya l'antisymétrie exactement ?

L'antisymétrie signifie que si $x$ est en relation avec $y$ ET que $y$ est en relation avec $x$, alors obligatoirement $x$ et $y$ sont le même élément.

💡 À retenir : C'est la condition clé pour définir un ordre.

Est-ce que la relation vide est une relation d'ordre ?

Non, car une relation d'ordre doit être réflexive ($\forall x, xRx$). La relation vide ne contient aucun couple, donc elle ne peut pas être réflexive sur un ensemble non vide.

💡 À retenir : La réflexivité est obligatoire pour l'ordre et l'équivalence.

Kifach nbiyen bli 3ala9a hiya transitiva ?
  1. Tu prends trois éléments $x, y, z$ tels que $xRy$ et $yRz$.
  2. Tu utilises les définitions de $xRy$ et $yRz$ pour obtenir des égalités ou des inégalités.
  3. Tu manipules ces expressions pour montrer que $xRz$ est vraie.

💡 À retenir : La transitivité est souvent l'étape la plus longue à rédiger.

Une relation d'équivalence peut-elle avoir des classes vides ?

Non. Par réflexivité, chaque élément $x$ est en relation avec lui-même ($xRx$), donc $x$ appartient toujours à sa propre classe $\text{cl}(x)$. La classe est donc au moins composée de ${x}$.

💡 À retenir : Les classes d'équivalence forment une partition de l'ensemble.

Est-ce que l'ordre est toujours défini sur des nombres ?

Non, on peut définir un ordre sur n'importe quel ensemble. Par exemple, la relation d'inclusion $\subset$ sur l'ensemble des parties d'un ensemble $E$ est une relation d'ordre.

💡 À retenir : L'ordre est une notion abstraite qui dépasse les simples nombres.

Comment montrer qu'une relation n'est pas une relation d'équivalence ?

Il suffit de trouver un contre-exemple pour l'une des trois propriétés (réflexivité, symétrie ou transitivité). Un seul exemple suffit pour invalider la relation.

💡 À retenir : Un contre-exemple est une preuve suffisante.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $R$ la relation sur $\mathbb{R}$ définie par : $xRy \iff x - y \in \mathbb{Z}$. Montrer que $R$ est une relation d'équivalence.

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Exercice 2

Soit $E = {1, 2, 3, 4}$. On définit $R$ sur $E$ par $xRy \iff x \le y$. Montrer que c'est une relation d'ordre.

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Exercice 3

Soit $R$ la relation sur $\mathbb{R}^*$ définie par $xRy \iff xy > 0$. Montrer que c'est une relation d'équivalence et déterminer la classe de $1$.

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