Loi de composition interne

Définition

On appelle loi de composition interne \(\ast \)dans un ensemble \(E\), une application de \(E^{2}\) dans \(E\), qui à tout couple \((a,b)\) de \(E^{2}\) fait correspondre un élément unique \(c = a \ast b\) de \(E\).

Notation de l'ensemble \(E\) muni de la loi \(\ast \): \((E, \ast )\).

Exemple

  • L'addition et la multiplication sont des lois de composition interne dans \(N\), \(Z\) \(Q\) et \(R\).

  • La somme géométrique est une loi de composition interne dans l'ensemble des vecteurs de \(R^{2}\) et \(R^{3}\).

  • Le produit vectoriel est une loi de composition interne dans l'ensemble des vecteurs de \(R^{3}\) ( et non de \(R^{2}\)).

Propriété

Associativité

\(\forall ~(a,b,c) \in E^{3} : a\ast (b\ast c) = (a\ast b)\ast c\)

Exemples :

  • Associativité dans \(N\), \(Z\) , \(Q\) et \(R\) pour l'addition et la multiplication

  • Non association du produit vectoriel dans l'ensemble des vecteurs de \(R^{3}\) :

    \(\overrightarrow{v_{1}} \wedge \left(\overrightarrow{v_{2}} \wedge \overrightarrow{v_{3}}\right) \ne \overrightarrow{v_{1}}\wedge \left(\overrightarrow{v_{2}}\wedge\overrightarrow{v_{3}}\right)\)

Commutativité

\(\forall(a, b) \in E^2 : a \ast b = b \ast a\)

Exemples :

  • Commutativité dans \(N\), \(Z\) , \(Q\) et \(R\) pour l'addition et la multiplication

  • Non commutativité du produit vectoriel dans l'ensemble des vecteurs de \(R^{3}\) :

    \(\overrightarrow{v_{1}}\wedge\overrightarrow{v_{2}}\ne\overrightarrow{v_{2}}\wedge\overrightarrow{v_{1}} = -\left(\overrightarrow{v_{1}}\wedge\overrightarrow{v_{2}}\right)\)

Distributivité à gauche : \(\forall(a,b,c) \in E^{3} : a\ast (b \circ c) = (a\ast b) \circ (a\ast c)\)

Distributivité à droite : \(\forall(a,b,c) \in E^{3} : (b \circ c)\ast a = (b\ast a) \circ (c\ast a)\)

Si la loi \(\ast \)est distributive à gauche et à droite par rapport à la loi \(\circ\), elle est dite distributive.

Exemple : Distributivité de la multiplication par rapport à l'addition dans \(\mathbb{R}\) :

\(a ( b + c) = ab + ac\)

Élément neutre

\(\forall ~a \in E : a \ast e = e \ast a = a\)

\(e\) est l'élément neutre pour la loi \(\ast \). Si \(e\) existe il est unique

Exemples : Dans \(\mathbb{R}\), \(0\) est l'élément neutre pour l'addition ; \(1\) est l'élément neutre pour la multiplication.

Éléments symétriques

\(\forall~a \in E, \exists ~a' \in E : a\ast a' = a' \ast a = e\)

\(a'\) : élément symétrique de a pour la loi \(\ast\)

Exemples : dans \(\mathbb{R}\), \(a\) et \(-a\) sont symétriques (opposés) pour l'addition. Dans \(\mathbb{R}^{\ast }\), \(a\) et \(1/a\) sont symétriques (inverses) pour la multiplication.

Éléments réguliers

\(\forall~a \in E \begin{array}{l} a\ast b = a\ast c \Rightarrow b=c \\ b\ast a = c\ast a \Rightarrow b = c \end{array}\)

Exemples :

  • Dans \(\mathbb{R},\) tout élément \(a\in \mathbb{R}\) est régulier pour l'addition:\(a + b = a + c \Rightarrow b = c\).

  • Dans \(\mathbb{R},\) \(0\) n'est pas régulier pour la multiplication car \(0 \cdot b = 0\cdot c\) n'entraîne pas \(b = c\)

  • Non régularité du produit vectoriel car \(\overrightarrow{v_{1}}\wedge\overrightarrow{v_{2}}=\overrightarrow{v_{1}}\wedge\overrightarrow{v_{3}}\) n'entraîne pas \(\overrightarrow{v_{2}}=\overrightarrow{v_{3}}\).