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Proposition 3Structures d'ordre

Applications croissantes, isomorphismes d'ordres

Une application f:E→Ff : E \to F entre ensembles ordonnés est croissante si x⩽yx \leqslant y entraîne f(x)⩽f(y)f(x) \leqslant f(y), et strictement croissante si x<yx < y entraîne f(x)<f(y)f(x) < f(y). Un isomorphisme d'ordres est une bijection ff telle que x⩽y  ⟺  f(x)⩽f(y)x \leqslant y \iff f(x) \leqslant f(y).

Énoncé

(i) Une composée d'applications croissantes est croissante ; la réciproque d'un isomorphisme d'ordres en est un.

(ii) Si EE est totalement ordonné, toute application strictement croissante f:E→Ff : E \to F est injective et vérifie x⩽y  ⟺  f(x)⩽f(y)x \leqslant y \iff f(x) \leqslant f(y). En particulier, c'est un isomorphisme de EE sur f(E)f(E).

(iii) Si EE et FF sont totalement ordonnés, une bijection croissante de EE sur FF est un isomorphisme d'ordres.

Démonstration

(i) Si x⩽yx \leqslant y, alors f(x)⩽f(y)f(x) \leqslant f(y), puis g(f(x))⩽g(f(y))g(f(x)) \leqslant g(f(y)). Pour un isomorphisme ff, la condition x⩽y  ⟺  f(x)⩽f(y)x \leqslant y \iff f(x) \leqslant f(y), lue avec x=f−1(x′)x = f^{-1}(x') et y=f−1(y′)y = f^{-1}(y'), est exactement celle de f−1f^{-1}.

(ii) Si x≠yx \neq y, on a x<yx < y ou y<xy < x par totalité, donc f(x)<f(y)f(x) < f(y) ou f(y)<f(x)f(y) < f(x), et f(x)≠f(y)f(x) \neq f(y). Si f(x)⩽f(y)f(x) \leqslant f(y) et y<xy < x, on aurait f(y)<f(x)f(y) < f(x), ce qui contredirait l'asymétrie si f(x)<f(y)f(x) < f(y) et l'irréflexivité si f(x)=f(y)f(x) = f(y) ; donc x⩽yx \leqslant y par totalité.

(iii) Une bijection croissante est strictement croissante, puisque x<yx < y donne f(x)⩽f(y)f(x) \leqslant f(y) et f(x)≠f(y)f(x) \neq f(y). On applique (ii).

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Remarque

L'hypothèse de totalité est indispensable dans (iii). Sur E=𝒫({a,b})E = {\mathcal P}(\{a, b\}), avec a≠ba \neq b, l'identité de EE muni de l'égalité, qui est une relation d'ordre, vers EE muni de l'inclusion est une bijection croissante, mais sa réciproque ne l'est pas.

Remarque

Deux ensembles ordonnés isomorphes ont les mêmes propriétés d'ordre. C'est l'idée qui mène aux ordinaux : un représentant canonique de chaque bon ordre à isomorphisme près (Type d'ordre).

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