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Injective / Surjective : Exercice 11 - Exercice 1

20 min
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On considère l'application f:{RRxy=sinh(x)=exex2f : \left\lbrace \begin{array}{rcl} \mathbb{R} & \longrightarrow & \mathbb{R} \\ x & \longmapsto & y = \sinh(x) = \dfrac{e^x - e^{-x}}{2} \\ \end{array} \right..
Sa représentation graphique (son graphe) est :
Cette application ff est connue sous le nom de sinus hyperbolique.
Question 1

Etudier l'injectivité de ff.

Correction
L'application ff est continue sur R\mathbb{R} et y est strictement croissante. En vertu du théorème de la bijection, on peut affirmer que ff est une bijection. Et de fait ff est injective.
On peut également procéder à partir de l'assertion définition d'une bijection :
yR,!xR,y=sinh(x)\forall y \in \mathbb{R}, \,\, \exist \,! \,x \in \mathbb{R}, \,\, y = \sinh(x)
Donc, soit yRy \in \mathbb{R}. On a alors :
y=sinh(x)x=argsinh(y)y = \sinh(x) \Longleftrightarrow x = \mathrm{argsinh}(y)
Cette valeur de l'antécédent xx, associée à l'image réelle yy, est unique.
L'application argument sinus hyperbolique, notée argsinh\mathrm{argsinh} (parfois égalent notée asinh\mathrm{asinh}) est l'application réciproque de ff. Sa représentation graphique (en rouge) est la suivante :
D'ailleurs, on peut également montrer que yR,argsinh(y)=ln(y+1+y2)\forall y \in \mathbb{R}, \,\, \mathrm{argsinh}(y) = \ln\big( y + \sqrt{1+y^2} \big).
Question 2

Etudier la surjectivité de ff.

Correction
L'application ff est continue sur R\mathbb{R} et yy est strictement croissante. En vertu du théorème de la bijection, on peut affirmer que ff est une bijection. Et de fait ff est surjective.