Relation d’ordre sur les nombres complexes – Exercice corrigé

Exercice :

On définit sur \( \mathbb{C} \) la relation binaire \( \mathcal{R} \) par : \( \forall z, z' \in \mathbb{C}, \ z \mathcal{R} z' \Leftrightarrow ( Re(z) \leq Re(z') \text{ et } Im(z) \leq Im(z') \)
1) Montrer que \( \mathcal{R} \) est une relation d'ordre sur \( \mathbb{C} \)
2) Cet ordre est-il total ?

Corrigé :

1) Montrons que \(\mathcal{R}\) est une relation d'ordre sur \(\mathbb{C}\).

Réflexivité :

Soit \(z\in\mathbb{C}\).

On a

\[
\operatorname{Re}(z)\leq\operatorname{Re}(z)
\quad\text{et}\quad
\operatorname{Im}(z)\leq\operatorname{Im}(z).
\]

Donc \(z\mathcal{R}z\).

Ainsi, \(\mathcal{R}\) est réflexive.

Antisymétrie :

Soient \(z,z'\in\mathbb{C}\) tels que \(z\mathcal{R}z'\) et \(z'\mathcal{R}z\).

On a alors

\[
\operatorname{Re}(z)\leq\operatorname{Re}(z')
\quad\text{et}\quad
\operatorname{Im}(z)\leq\operatorname{Im}(z')
\]

et

\[
\operatorname{Re}(z')\leq\operatorname{Re}(z)
\quad\text{et}\quad
\operatorname{Im}(z')\leq\operatorname{Im}(z).
\]

Par antisymétrie de la relation \(\leq\) sur \(\mathbb{R}\), on obtient

\[
\operatorname{Re}(z)=\operatorname{Re}(z')
\quad\text{et}\quad
\operatorname{Im}(z)=\operatorname{Im}(z').
\]

Donc \(z=z'\).

Ainsi, \(\mathcal{R}\) est antisymétrique.

Transitivité :

Soient \(z,z',z''\in\mathbb{C}\) tels que \(z\mathcal{R}z'\) et \(z'\mathcal{R}z''\).

On a alors

\[
\operatorname{Re}(z)\leq\operatorname{Re}(z')
\leq\operatorname{Re}(z'')
\]

et

\[
\operatorname{Im}(z)\leq\operatorname{Im}(z')
\leq\operatorname{Im}(z'').
\]

Par conséquent,

\[
\operatorname{Re}(z)\leq\operatorname{Re}(z'')
\quad\text{et}\quad
\operatorname{Im}(z)\leq\operatorname{Im}(z'').
\]

Donc \(z\mathcal{R}z''\).

Ainsi, \(\mathcal{R}\) est transitive.

Conclusion :
\(\mathcal{R}\) est une relation d'ordre sur \(\mathbb{C}\).

2) Cet ordre est-il total ?

La réponse est non. Voici un contre exemple :

Considérons \(z=1\) et \(z'=i\).

On a

\[
\operatorname{Re}(z)=1>0=\operatorname{Re}(z')
\]

et

\[
\operatorname{Im}(z)=0<1=\operatorname{Im}(z').
\]

Ainsi, \(z\) et \(z'\) ne sont pas comparables pour la relation \(\mathcal{R}\).

Conclusion :
\(\mathcal{R}\) est une relation d'ordre partiel, mais non total, sur \(\mathbb{C}\).

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