Fonction caractéristique (théorie des ensembles)
En mathématiques, une fonction caractéristique, ou fonction indicatrice, est une fonction définie sur un ensemble E qui explicite l’appartenance ou non à un sous-ensemble F de E de tout élément de E.
Formellement, la fonction caractéristique d’un sous-ensemble F d’un ensemble E est une fonction :
D'autres notations souvent employées pour la fonction caractéristique de F sont 1F et 𝟙F, voire I (i majuscule).
Le terme de fonction indicatrice est parfois utilisé pour fonction caractéristique. Cette dénomination évite la confusion avec la fonction caractéristique utilisée en probabilité mais en induit une autre, avec la fonction indicatrice en analyse convexe.
(Attention : la fonction 1F peut désigner aussi la fonction identité).
Propriétés
modifierLe principal intérêt de ces fonctions est de transformer des relations entre ensembles en relations entre des fonctions[1].
Si A et B sont deux sous-ensembles de E alors
et
L'application
est une bijection, de l'ensemble des parties de E dans l'ensemble {0, 1}E des applications de E dans {0, 1}.
Sa bijection réciproque est l'application
- ,
où f −1({1}) désigne l'image réciproque par f du singleton {1}, c'est-à-dire la partie de E constituée des éléments x tels que f(x) = 1.
Continuité
modifierSi F est une partie d'un espace topologique E et si la paire {0, 1} est munie de la topologie discrète (qui est la topologie induite par la topologie usuelle de ℝ), l'ensemble des points de E en lesquels la fonction χF : E → {0, 1} est discontinue est la frontière de F.
- Exemple
- E = ℝ et F = ℚ
- χℚ : ℝ → {0, 1} est la fonction qui associe 1 à tout rationnel et 0 à tout irrationnel.
- La fonction de Dirichlet : ℝ → ℝ est définie de la même manière (autrement dit : sa corestriction à {0, 1} est χℚ).
- Dans ℝ, la frontière de ℚ est ℝ (puisque ℚ et ℝ\ℚ sont denses dans ℝ) donc χℚ est discontinue partout.
- La fonction de Dirichlet est donc également discontinue partout.
Mesurabilité
modifierSi (E, Ω) est un espace mesurable (c'est-à-dire si Ω est une tribu sur E), une partie de E est un ensemble mesurable (c'est-à-dire appartient à cette tribu) si et seulement si son indicatrice est une fonction mesurable.
Notes et références
modifier- Roger Godement, Analyse mathematique. I : Convergence, fonctions élémentaires, vol. 1, Springer, (ISBN 3-540-63212-3 et 978-3-540-63212-2, OCLC 39848133), p. 22
Voir aussi
modifierArticles connexes
modifier- Fonction simple (combinaison linéaire de fonctions indicatrices)
- Fonction étagée (fonction simple mesurable)
- Fonction porte
Bibliographie
modifier- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Indicator function » (voir la liste des auteurs).
- (en) Gerald Folland (en), Real Analysis: Modern Techniques and Their Applications, 2e éd., John Wiley & Sons, 1999
- (en) Thomas H. Cormen, Charles E. Leiserson, Ronald L. Rivest et Clifford Stein, Introduction to Algorithms, MIT Press et McGraw-Hill, , 2e éd. [détail de l’édition], § 5.2 : Indicator random variables, p. 94–99
- (en) Martin Davis (ed.), The Undecidable, Raven Press Books, New York, 1965
- (en) Stephen Cole Kleene (1952), Introduction to Metamathematics, Wolters-Noordhoff et North Holland, Netherlands, 6e éd. corrigée, 1971
- (en) George Boolos, John P. Burgess et Richard Jeffrey (en), Computability and Logic, Cambridge University Press, 2002 (ISBN 978-0-521-00758-0)
- (en) Lotfi Zadeh, « Fuzzy sets », Information and Control, vol. 8, , p. 338-353 (lire en ligne)
- (en) Joseph Goguen (en), « L-fuzzy sets », Journal of Mathematical Analysis and Applications, vol. 18, 1967, p. 145-174