Eclats de vers : Matemat : Fonctions

Index mathématique

Retour à l’accueil

Table des matières

\( \newenvironment{Eqts} { \begin{equation*} \begin{gathered} } { \end{gathered} \end{equation*} } \newenvironment{Matrix} {\left[ \begin{array}} {\end{array} \right]} \)

\label{chap:fonctions}

1. Dépendances

  • Chapitre \ref{chap:ensembles} : Les ensembles
  • Chapitre \ref{chap:relations} : Les relations

2. Définitions

Une fonction \(f\) de \(A\) vers \(B\) associe à chaque \(x \in A\) un unique élément \(f(x) \in B\). On note \(\fonction(A,B)\) l'ensemble des fonctions \(f\) de \(A\) vers \(B\). On utilise aussi la notation :

\[f : A \mapsto B\]

pour préciser que \(f \in \fonction(A,B)\) et :

\[f : x \mapsto f(x)\]

pour préciser que \(f\) associe à chaque \(x \in A\) un certain \(f(x) \in B\). On dit que :

  • \(f(x)\) est la valeur de \(f\) en \(x\)
  • \(x\) est l’argument de \(f(x)\)

Au besoin, on note aussi :

\[ f[x] = f(x) \]

ce qui permet de distinguer les délimiteurs de l’argument. Exemple :

\[ f[x \cdot (y + z)] \]

2.1. Remarque

La notation \(f : A \mapsto B\) signifie que :

  • \(f(x)\) est défini pour tout \(x \in A\)
  • \(f(x) \in B\)

Par conséquent, si \(C \subseteq A\) et si \(B \subseteq D\), la condition \(f : A \mapsto B\) implique \(f : C \mapsto D\).

2.2. Synonymes

On parle indifféremment de fonction ou d'application.

3. Fonctions discrètes

Dans le cas particulier où \(f \in \fonction( \{ 1,2,...,N \} , B )\), on peut associer à \(f\) un nombre \((f_1,f_2,...,f_N) \in B^N\) par :

\[f_i = f(i)\]

pour tout \(i \in \{ 1,2,...,N \}\). Inversément, à tout \((f_1,f_2,...,f_N) \in B^N\), on associe une fonction \(f : \{ 1,2,...,N \} \mapsto B\) par :

\[f(i) = f_i\]

On voit donc l'équivalence :

\[\fonction( \{ 1,2,...,N \} , B ) \equiv B^N\]

3.1. Notation

Dans le cas discret, si :

\[ D = \{ 1,2,...,N \} \]

on a :

\[ \fonction(D,B) \equiv B^N = B^{\cardinal(D)} \]

Ce constat nous inspire la notation :

\[ B^D = \fonction(D,B) \]

On généralise cette notation à des ensembles quelconques \(A\) et \(B\), qu’ils soient finis ou infinis :

\[B^A = \fonction(A,B)\]

4. Relation associée

On peut associer à toute fonction \(f : A \mapsto B\) une relation \(R \in \relation(A,B)\) définie par :

\[R = \{ (x,f(x)) : x \in A \}\]

On a clairement :

\[R(x) = \{ f(x) \}\]

4.1. Relation inverse

Soit \(f : A \mapsto B\) associée à la relation \(R \in \relation(A,B)\). La relation inverse \(R^{-1} \in \relation(B,A)\) est définie par :

\[R^{-1} = \{ (f(x),x) \in B \times A : x \in A \}\]

5. Fonction identité

La fonction identité \(\identite : A \mapsto A\) est définie par :

\[\identite : x \mapsto \identite(x) = x\]

5.1. Relation

La relation associée à la fonction identité s'écrit :

\[\{ (x,\identite(x)) \in A^2 : x \in A \} = \{ (x,x) \in A^2 : x \in A \}\]

La fonction identité est donc associée à la relation identité.

6. Image

6.1. Image d'un ensemble

Soit \(f : A \mapsto B\). L'image d'un sous-ensemble \(X \subseteq A\) par \(f\) est l'ensemble des valeurs que prend \(f\) en tous les éléments de \(X\) :

\[f(X) = \{ f(x) : x \in X \}\]

6.2. Image d'une fonction

Soit \(f : A \mapsto B\). L'image de \(f\) est l'ensemble des valeurs que prend \(f\) en tous les éléments de \(A\) :

\[\image f = f(A) = \{ f(x) : x \in A \}\]

6.3. Image inverse

Soit \(f : A \mapsto B\). Pour tout \(y \in B\), l'image inverse est l'ensemble défini par :

\[f^{-1}(y) = \{ x \in A : f(x) = y \}\]

L'image inverse d'un ensemble \(Y \subseteq B\) est définie par :

\[f^{-1}(Y) = \{ x \in A : f(x) \in Y \}\]

7. Domaine

Soit un ensemble \(A \subseteq \Omega\) et une fonction \(f : A \mapsto B\). Le domaine de \(f\) est l'ensemble des éléments de \(x \in \Omega\) tels que \(f(x) \in B\) existe. Autrement dit :

\[\domaine f = A\]

8. Composée

Soit les fonctions \(f : A \mapsto B\) et \(g : B \mapsto C\).

Supposons que les grandeurs \(x \in A\), \(y \in B\) et \(z \in C\) soient reliées par les égalités \(y = f(x)\) et \(z = g(y)\). On a a alors \(z = g\left(f(x)\right)\). On définit une nouvelle fonction \(g \circ f : A \mapsto C\) associée à ce résultat par :

\[g \circ f : x \mapsto (g \circ f)(x) = g\left(f(x)\right)\]

On nomme \(g \circ f\) la composée de \(f\) et \(g\). On note aussi :

\[g \circ f(x) = (g \circ f)(x)\]

8.1. Association

Soit aussi \(h : C \mapsto D\). On remarque que :

\[\left(h \circ (g \circ f)\right)(x) = h\left(g\left(f(x)\right)\right) = \left((h \circ g) \circ f\right)(x)\]

On note :

\[h \circ g \circ f = (h \circ (g \circ f)) = ((h \circ g) \circ f)\]

8.2. Neutre

On constate que

\[\identite \circ f = f \circ \identite = f\]

On dit que la fonction identité est neutre pour la composition.

9. Puissance

Soit une fonction \(f : A \mapsto A\). La « puissance » d'une fonction est définie au moyen de la composée \(\circ\) par :

\[ f^0 = \identite \]

\[ f^n = f \circ f^{n-1} \]

pour tout \(n \in \setN\). On a donc en particulier \(f^1 = f\) et :

\[f^n = f \circ ... \circ f\]

10. Fonction constante

On associe souvent à tout élément \(c \in B\) une fonction constante \(\hat{c} : A \mapsto B\) définie par :

\[\hat{c}(x) = c\]

pour tout \(x \in A\). On note abusivement :

\[\hat{c} = c\]

11. Egalité

Deux fonctions \(f,g : A \mapsto B\) sont égales si et seulement si leurs valeurs sont égales en tout point \(x \in A\) :

\[f = g \quad \Leftrightarrow \quad f(x) = g(x)\]

12. Produit cartésien

12.1. Domaine dans un produit cartésien

Soit une fonction :

\[ f : A^n \mapsto B \]

et un \(x \in A^n\) défini par :

\[ x = (x_1,x_2,...,x_n) \]

On note indifféremment :

\[ f(x_1,x_2,...,x_n) = f\big( (x_1,x_2,...,x_n) \big) = f(x) \]

12.2. Image dans un produit cartésien

Soit une fonction :

\[ f : A \mapsto B^n \]

Pour chaque élément \(x\in A\), la fonction produit un n-tuple :

\[ (y_1,y_2,...,y_n) = f(x) \]

Les \(y_i\) étant dépendant de \(x\), on peut réécrire la relation précédente sous la forme :

\[ (f_1(x),f_2(x),...,f_n(x)) = f(x) \]

ce qui définit \(n\) fonctions \(f_1,f_2,...,f_n\) associée à \(f\). On note alors :

\[ f = (f_1,f_2,...f_n) \]

On dit aussi que \(f_i\) est la \(i^{ème}\) composante de \(f\), et on le note :

\[ f_i = \composante_i f \]

Réciproquement, les \(n\) composantes \(f_i\) de \(f\) la définissent entièrement. C’est d’ailleurs la façon la plus courante pour définir une fonction qui produit des n-tuples.

Auteur: chimay

Created: 2025-11-30 dim 13:45

Validate