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Maths Sup / L1
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Injective / Surjective : Exercice
3
3
3
utilisation des nombres complexes - Exercice 1
30 min
45
Soit
i
i
i
le nombre complexe tel que
i
2
=
−
1
i^2 = -1
i
2
=
−
1
. Soit
z
z
z
un nombre complexe qui s'écrit
z
=
R
e
ˊ
(
z
)
+
i
ℑ
m
(
z
)
z = \R\mathrm{é}(z) + i \, \Im \mathrm{m}(z)
z
=
R
e
ˊ
(
z
)
+
i
ℑ
m
(
z
)
.
On considère l'application
f
:
{
C
⟶
R
2
z
⟼
(
R
e
ˊ
(
z
)
;
ℑ
m
(
z
)
)
f : \left\lbrace \begin{array}{rcl} \mathbb{C} & \longrightarrow & \mathbb{R}^2 \\ z & \longmapsto & \big( \R\mathrm{é}(z) \,;\, \Im \mathrm{m}(z) \big) \\ \end{array} \right.
f
:
{
C
z
⟶
⟼
R
2
(
R
e
ˊ
(
z
)
;
ℑ
m
(
z
)
)
.
Question 1
Etudier l'injectivité de
f
f
f
.
Correction
Soit
z
1
=
R
e
ˊ
(
z
1
)
+
i
ℑ
m
(
z
1
)
z_1 = \R\mathrm{é}(z_1) + i \, \Im \mathrm{m}(z_1)
z
1
=
R
e
ˊ
(
z
1
)
+
i
ℑ
m
(
z
1
)
et
z
2
=
R
e
ˊ
(
z
2
)
+
i
ℑ
m
(
z
2
)
z_2 = \R\mathrm{é}(z_2) + i \, \Im \mathrm{m}(z_2)
z
2
=
R
e
ˊ
(
z
2
)
+
i
ℑ
m
(
z
2
)
.
On suppose
z
1
≠
z
2
z_1 \neq z_2
z
1
=
z
2
. Dans ce cas, on a :
(
z
1
≠
z
2
)
⟹
(
R
e
ˊ
(
z
1
)
+
i
ℑ
m
(
z
1
)
≠
R
e
ˊ
(
z
2
)
+
i
ℑ
m
(
z
2
)
)
⟹
{
R
e
ˊ
(
z
1
)
≠
R
e
ˊ
(
z
2
)
ℑ
m
(
z
1
)
≠
ℑ
m
(
z
2
)
\big( z_1 \neq z_2 \big) \Longrightarrow \big( \R\mathrm{é}(z_1) + i \, \Im \mathrm{m}(z_1) \neq \R\mathrm{é}(z_2) + i \, \Im \mathrm{m}(z_2) \big) \Longrightarrow \left\lbrace \begin{array}{rcl} \R\mathrm{é}(z_1) & \neq & \R\mathrm{é}(z_2) \\ \Im \mathrm{m}(z_1) & \neq & \Im \mathrm{m}(z_2) \end{array} \right.
(
z
1
=
z
2
)
⟹
(
R
e
ˊ
(
z
1
)
+
i
ℑ
m
(
z
1
)
=
R
e
ˊ
(
z
2
)
+
i
ℑ
m
(
z
2
)
)
⟹
{
R
e
ˊ
(
z
1
)
ℑ
m
(
z
1
)
=
=
R
e
ˊ
(
z
2
)
ℑ
m
(
z
2
)
Donc, on a donc :
(
z
1
≠
z
2
)
⟹
(
(
R
e
ˊ
(
z
1
)
;
ℑ
m
(
z
1
)
)
≠
(
R
e
ˊ
(
z
2
)
;
ℑ
m
(
z
2
)
)
)
\big( z_1 \neq z_2 \big) \Longrightarrow \bigg( \big( \R\mathrm{é}(z_1) \,;\, \Im \mathrm{m}(z_1) \big) \neq \big( \R\mathrm{é}(z_2) \,;\, \Im \mathrm{m}(z_2) \big) \bigg)
(
z
1
=
z
2
)
⟹
(
(
R
e
ˊ
(
z
1
)
;
ℑ
m
(
z
1
)
)
=
(
R
e
ˊ
(
z
2
)
;
ℑ
m
(
z
2
)
)
)
Donc
f
f
f
est injective.
Question 2
Etudier la surjectivité de
f
f
f
.
Correction
Soit
α
=
R
e
ˊ
(
z
)
∈
R
\alpha = \R\mathrm{é}(z) \in \mathbb{R}
α
=
R
e
ˊ
(
z
)
∈
R
et
β
=
ℑ
m
(
z
)
∈
R
\beta = \Im \mathrm{m}(z) \in \mathbb{R}
β
=
ℑ
m
(
z
)
∈
R
.
A partir des deux réels
α
\alpha
α
et
β
\beta
β
on peut toujours écrire un nombre complexe sous la forme
z
=
α
+
i
β
z = \alpha + i \, \beta
z
=
α
+
i
β
. Autrement dit, on il est toujours possible d'écrire que
z
=
R
e
ˊ
(
z
)
+
i
ℑ
m
(
z
)
z = \R\mathrm{é}(z) + i \, \Im \mathrm{m}(z)
z
=
R
e
ˊ
(
z
)
+
i
ℑ
m
(
z
)
.
Autrement dit,
f
f
f
est surjective.
De fait,
f
f
f
est une bijection.