Ordre lexicographique sur \(\mathbb{C}\) – Exercice corrigé

Exercice :

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

Corrigé :

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

Réflexivité :

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

On a

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

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

Ainsi, \(\mathcal{R}\) est réflexive.

Antisymétrie :

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

Par définition de \(\mathcal{R}\), on a

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

Donc

\[
\operatorname{Re}(z)=\operatorname{Re}(z').
\]

Puisque \(z\mathcal{R}z'\) et \(z'\mathcal{R}z\), on en déduit que

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

Ainsi,

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

Par conséquent, \(z=z'\).

Donc \(\mathcal{R}\) est antisymétrique.

Transitivité :

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

On a alors

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

On distingue deux cas :

Premier cas : \(\operatorname{Re}(z)<\operatorname{Re}(z'')\).

Alors, par définition de \(\mathcal{R}\), on a \(z\mathcal{R}z''\).

Deuxième cas : \(\operatorname{Re}(z)=\operatorname{Re}(z'')\).

Les inégalités précédentes entraînent

\[
\operatorname{Re}(z)=\operatorname{Re}(z')=\operatorname{Re}(z'').
\]

Puisque \(z\mathcal{R}z'\) et \(z'\mathcal{R}z''\), on obtient

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

Donc \(\operatorname{Im}(z)\leq\operatorname{Im}(z'')\), d'où \(z\mathcal{R}z''\).

Dans tous les cas, \(z\mathcal{R}z''\).

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

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

2) Cet ordre est-il total ou partiel ?

Soient \(z,z'\in\mathbb{C}\).

Puisque l'ordre usuel sur \(\mathbb{R}\) est total, on distingue trois cas :

- Si \(\operatorname{Re}(z)<\operatorname{Re}(z')\), alors \(z\mathcal{R}z'\).

- Si \(\operatorname{Re}(z)>\operatorname{Re}(z')\), alors \(z'\mathcal{R}z\).

- Si \(\operatorname{Re}(z)=\operatorname{Re}(z')\), alors, puisque l'ordre usuel sur \(\mathbb{R}\) est total, on a

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

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

Dans tous les cas, \(z\) et \(z'\) sont comparables pour la relation \(\mathcal{R}\).

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

Défiler vers le haut