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ExerciceMaths approfondies, chapitre 4 — Morphismes · Injectivité et surjectivité

Exercice 15

Calcul

Pour chacun des morphismes suivants, déterminer le noyau puis l'image, et conclure quant à l'injectivité et à la surjectivité en appliquant le théorème 1.

1. f:(ℝ ;+)⟶(ℝ+∗ ;×)x⟼ex\begin{array}{r|ccl} f : & (\mathbb{R}\,;+) & \longrightarrow & (\mathbb{R}_{+}^{*}\,;\times) \\ & x & \longmapsto & \mathrm{e}^{x} \end{array}

2. g:(ℂ∗ ;×)⟶(ℝ+∗ ;×)z⟼∣z∣\begin{array}{r|ccl} g : & (\mathbb{C}^{*}\,;\times) & \longrightarrow & (\mathbb{R}_{+}^{*}\,;\times) \\ & z & \longmapsto & |z| \end{array}

3. h:(ℤ ;+)⟶(ℤ ;+)k⟼3k\begin{array}{r|ccl} h : & (\mathbb{Z}\,;+) & \longrightarrow & (\mathbb{Z}\,;+) \\ & k & \longmapsto & 3k \end{array}

4. u:(ℝ2 ;+)⟶(ℝ ;+)(x ;y)⟼x+y\begin{array}{r|ccl} u : & (\mathbb{R}^{2}\,;+) & \longrightarrow & (\mathbb{R}\,;+) \\ & (x\,;y) & \longmapsto & x+y \end{array}

5. v:(ℝ ;+)⟶(ℝ2 ;+)x⟼(x ; 2x)\begin{array}{r|ccl} v : & (\mathbb{R}\,;+) & \longrightarrow & (\mathbb{R}^{2}\,;+) \\ & x & \longmapsto & (x \,;\, 2x) \end{array}

Corrigé

1. Le neutre d'arrivée est 11, et ex=1\mathrm{e}^{x}=1 équivaut à x=0x=0. Par ailleurs tout réel strictement positif yy s'écrit eln⁡(y)\mathrm{e}^{\ln(y)}. Ker f={0} et Im f=ℝ+∗ : f est un isomorphisme.\boxed{\mathrm{Ker}\, f=\{0\} \text{ et } \mathrm{Im}\, f=\mathbb{R}_{+}^{*} \text{ : } f \text{ est un isomorphisme.}}

2. Le neutre d'arrivée est 11, et ∣z∣=1|z|=1 définit 𝕌\mathbb{U}. Tout réel r>0r>0 est le module du complexe rr. Ker g=𝕌 et Im g=ℝ+∗ : g est surjectif, non injectif.\boxed{\mathrm{Ker}\, g=\mathbb{U} \text{ et } \mathrm{Im}\, g=\mathbb{R}_{+}^{*} \text{ : } g \text{ est surjectif, non injectif.}}

3. Le neutre d'arrivée est 00, et 3k=03k=0 équivaut à k=0k=0. L'image est l'ensemble des multiples de 33. Ker h={0} et Im h=3ℤ≠ℤ : h est injectif, non surjectif.\boxed{\mathrm{Ker}\, h=\{0\} \text{ et } \mathrm{Im}\, h=3\mathbb{Z} \neq \mathbb{Z} \text{ : } h \text{ est injectif, non surjectif.}}

4. On a x+y=0x+y=0 si et seulement si y=−xy=-x. Et tout réel zz s'écrit z+0z+0. Ker u={(x ;−x)  ∣  x∈ℝ} et Im u=ℝ : u est surjectif, non injectif.\boxed{\mathrm{Ker}\, u=\big\{(x\,;-x) \;|\; x \in \mathbb{R}\big\} \text{ et } \mathrm{Im}\, u=\mathbb{R} \text{ : } u \text{ est surjectif, non injectif.}}

5. On a (x ;2x)=(0 ;0)(x\,;2x)=(0\,;0) si et seulement si x=0x=0. L'image est la droite d'équation y=2xy=2x. Ker v={0} et Im v={(x ;2x)  ∣  x∈ℝ}≠ℝ2 : v est injectif, non surjectif.\boxed{\mathrm{Ker}\, v=\{0\} \text{ et } \mathrm{Im}\, v=\big\{(x\,;2x) \;|\; x \in \mathbb{R}\big\} \neq \mathbb{R}^{2} \text{ : } v \text{ est injectif, non surjectif.}} Le point (1 ;0)(1\,;0), par exemple, n'a pas d'antécédent.

Dans l'édifice

Thèmes

morphismes de groupes, noyau, image, injectivité et surjectivité

Notions

morphisme de groupes, noyau

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