Coupure de Dedekind

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Dedekind introduit les coupures pour représenter les nombres irrationnels

En mathématiques, une coupure de Dedekind d'un ensemble totalement ordonné E est un couple (A, B) de sous-ensembles de E, lesquels forment à eux deux une partition de E, et où tout élément de A est inférieur à tout élément de B.

D'une certaine façon, une telle coupure conceptualise quelque chose qui se trouverait « entre » A et B, mais qui ne serait pas forcément un élément de E.

Les coupures de Dedekind furent introduites par Richard Dedekind comme moyen de construction de l'ensemble des nombres réels (en présentant de manière formelle ce qui se trouve « entre » les nombres rationnels).

Définition[modifier | modifier le code]

Une coupure de Dedekind d’un ensemble totalement ordonné E se définit par un couple (A, B) de sous-ensembles de E tels que :

  1. A et B sont non vides ;
  2. ils sont disjoints ;
  3. leur réunion est égale à E ;
  4. tout élément de A est strictement inférieur à tout élément de B ;
  5. si B a une borne inférieure dans E, alors cette borne inférieure est dans B.

Les points 1, 2 et 3 posent que A et B réalisent une partition de E. Par conséquent, la donnée de l'un détermine entièrement l'autre.

Le point 4 pose le partage des éléments de E dans ces deux parties. Il est possible de montrer que ce point équivaut à :

  • \forall x \in E, (a\in A \land x\le a \Rightarrow x\in A) et
  • \forall y \in E, (b\in B \land y\ge b \Rightarrow y\in B).

Le point 5 permet de montrer que l'application qui à chaque élément x de E associe la coupure ( \{ a\in E | a < x \} , \{ b\in E | x \le b \} ) est une bijection entre E et l'ensemble de ses coupures de Dedekind (A, B) telles que B ait une borne inférieure dans E.

Exemples[modifier | modifier le code]

Construction des nombres réels[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Construction des nombres réels.

Si E est l'ensemble ℚ des nombres rationnels, on peut considérer la coupure suivante :

A=\{a\in\Q\mid a^2<2\lor a\le 0 \},\quad B = \{ b\in\Q\mid b^2\ge 2\land b>0 \}.

Cette coupure permet de représenter le nombre irrationnel 2 qui est ici défini à la fois par l'ensemble des nombres rationnels qui lui sont inférieurs et par celui des nombres rationnels qui lui sont supérieurs.

La prise en compte de toutes les coupures de Dedekind sur ℚ permet une construction de l'ensemble ℝ des nombres réels.

Ordre sur les coupures de Dedekind[modifier | modifier le code]

On définit un ordre sur l'ensemble des coupures de Dedekind de E en posant, pour toutes coupures de Dedekind (A, B) et (C, D) de E :

(A,B)\le(C,D) \Leftrightarrow A\subset C.

Il est possible de montrer que l'ensemble des coupures de Dedekind de E muni de cet ordre possède la propriété de la borne supérieure, même si E ne la possède pas. En plongeant E dans cet ensemble, on le prolonge en un ensemble dont tout sous-ensemble possède une borne supérieure.

Voir aussi[modifier | modifier le code]