Les ensembles 1 bac sm cours. C’est un cours complet sur les ensembles (1ère année bac sm)
Ensembles (Les ensembles 1 bac sm cours)
Vocabulaire et notations usuelles (Les ensembles 1 bac sm cours)
Définition 1
Un ensemble est une collection d’objets.
On peut définir un ensemble de deux manières :
- en extension : on donne la liste exhaustive des éléments qui y figurent, par exemple E = {1, 2, 3} est l’ensemble contenant les trois éléments 1 , 2 et 3 . Il faut noter pour écrire un ensemble, on utilise conventionnellement des accolades et pas des parenthèses. Dans ce cas, l’ordre dans lequel on donne les éléments n’a aucune importance.
- en compréhension : on donne les propriétés que doivent posséder les éléments de l’ensemble. Par exemple, l’ensemble E des réels supérieurs ou égaux à 1 peut s’écrire E = {x ∈ ℝ, x ≥ 1}.
Appartenance 2
Quand un objet appartient à un ensemble, on dit que cet objet est élément de cet ensemble. Si x est élément d’un ensemble E, on écrit x ∈ E.
Ensemble vide 3
C’est l’ensemble qui ne contient aucun élément. Il se note ∅, ou aussi {} mais se note pas { ∅ }.
Singletons, paires 4
Un ensemble qui contient un et un seul élément s’appelle un singleton.
Un ensemble qui contient deux éléments (distincts) s’appelle une paire. La paire {a, b} est la paire {b, a}.
Sous-ensembles
Inclusion
Définition 5 (Sous-ensembles)
L’ensemble A est un sous-ensemble de B si tous les éléments de A sont des éléments de B (autrement dit x ∈ A ⇒ x ∈ B). On dit aussi que A est inclus dans B, on le note A ⊂ B.
Remarque 6
On peut dire aussi que A est une partie de B pour dire que A est un sous-ensemble de B.
Exemple 7
Si E = {0, 2, 4, 6, 8, 10} et F = {10, 2, 8} , alors : F ⊂ E.
Remarque 8
- Pour tout ensemble A, on a : ∅ ⊂ A, l’ensemble vide est une partie de A.
- Si A ⊂ B et B ⊂ C , alors A ⊂ C.
- A ⊂ A.
Egalité d’ensembles
Définition 9 (Egalités – d’ensembles)
Deux ensembles sont égaux si et seulement si ils ont les mêmes éléments, autrement dit si A ⊂ B et B ⊂ A.
Exemple 10
On considère l’ensemble
H = {(m, n) ∈ ℤ2/ mn + 2 − 3n = 7}
Écrire l’ensemble H en extension.
Exemple 11
On considère l’ensemble
A = {x ∈ ℤ/ x+1/2x+1 ∈ ℤ}
Écrire l’ensemble A en extension.
Ensemble des parties
Définition 12 (Ensemble des parties)
Soit A un ensemble, l’ensemble des parties de A, noté P(A), est l’ensemble des sous-ensembles de A.
Exemple 13
Si A = {1, 2, 3} alors P(A) = {∅; {1} ; {2} ; {3} ; {1, 2} ; {1, 3} ; {2, 3} ; {1, 2, 3}}.
Opérations sur les ensembles
On présente ici des opérations sur les ensembles qui permettent de construire de nouveaux ensembles.
Union et Intersection
Définition 14 (Union).
Soient A et B deux parties d’un ensembles E. L’union de A et de B est l’ensemble des éléments de E qui sont dans A ou dans B. On le note A ∪ B.
A ∪ B = {x ∈ E/ x ∈ A ou x ∈ B}
Définition 15 (Intersection)
Soient A et B deux parties d’un ensemble E. L’intersection des parties A et B est l’ensemble des éléments de E qui sont dans A et dans B. On le note A ⋂ B.
A ⋂ B = {x ∈ E/ x ∈ A et x ∈ B}
Exemple 16
Si A = {2, 5, 7} et B = {1, 5, 7, 9}, alors : A ∪ B = {1, 2, 5, 7, 9} et A ⋂ B = {5, 7}.
Exemple 17
On considère les ensembles :
A = {2n+1/4 / n ∈ ℤ} et B = {5m+4/3 / m ∈ ℤ}
Montrer que : A ⋂ B ≠ ∅ et B ⋂ ℕ ≠ ∅.
- On suppose par l’absurde que : A ⋂ B ≠ ∅. Alors il existe x ∈ A ⋂ B tel que :
∃(n, m) ∈ ℤ2, x = 2n+1/4 = 5m+4/3
donc
6n + 3 = 20m + 16 ⇒ 6n − 20m = 13 ⇒ 3n − 10m = 13/2 ∉ ℤ
ce qui est absurde car 3n − 10m ∈ ℤ. Donc
A ⋂ B = ∅
- On a : 3 ∈ B et 3 ∈ ℕ, alors : B ⋂ ℕ ≠ ∅.
Exemple 18
On considère les ensembles :
A = {x ∈ ℤ/ ∣x − 1∣ < 3/2} et B = {x ∈ ℕ/ 2x+3/2 ≤ 4}
Déterminons en extension A ⋂ B et A ∪ B.
Règles de calculs
Propriété 19
Soient A, B et C des parties d’un ensembles E.
- A ⋂ B = B ⋂ A.
- A ⋂ (B ⋂ C) = (A ⋂ B) ⋂ C.
- A ⋂ ∅ = ∅ et A ⋂ A = A.
- A ⋂ B ⊂ A et A ⋂ B ⊂ B.
- A ⊂ B ⇔ A ⋂ B = A.
- A ∪ B = B ∪ A.
- A ⊂ A ∪ B et B ⊂ A ∪ B.
- A ∪ ∅ = A et A ∪ A = A.
- A ⊂ B ⇔ A ∪ B = B.
Démonstration 20
Les démonstrations sont pour l’essentiel une reformulation des opérations logiques. On en démontre un exemple pour fournir un modèle de démonstration d’égalités ensemblistes.
x ∈ A ⋂ (B ⋂ C) ⇔ x ∈ A et x ∈ (B ⋂ C)
⇔ x ∈ A et (x ∈ B et x ∈ C)
⇔ (x ∈ A et x ∈ B) et x ∈ C
⇔ x ∈ (A ⋂ B) et x ∈ C
⇔ x ∈ (A ⋂ B) ⋂ C
Propriété 21 (Lois de Morgan).
Soient A, B et C des parties d’un ensembles E.
- A ⋂ (B ∪ C) = (A ⋂ B) ∪ (A ⋂ C).
- A ∪ (B ⋂ C) = (A ∪ B) ⋂ (A ∪ C).
Démonstration 22
Soient A, B et C des parties d’un ensemble E. Montrons que : A ⋂ (B ∪ C) = (A ⋂ B) ∪ (A ⋂ C).
Démontrons par équivalence.
x ∈ A ⋂ (B ∪ C) ⇔ x ∈ A et x ∈ (B ∪ C)
⇔ x ∈ A et (x ∈ B ou x ∈ C)
⇔ (x ∈ A et x ∈ B) ou (x ∈ A et x ∈ C)
⇔ x ∈ (A ⋂ B) ou x ∈ (A ⋂ C)
⇔ x ∈ (A ⋂ B) ∪ (A ⋂ C)
- Même démarche pour l’autre égalité.
On expose quelque exemple pour familiariser par les démonstrations ensemblistes
Exemple 23
Soient A, B et C trois parties d’un ensemble E.
Montrer que :
{ A ⋂ B = A ⋂ C et A ∪ B = A ∪ C ⇒ B = C
On suppose que : A ⋂ B = A ⋂ C et A ∪ B = A ∪ C, et on montre que : B = C.
Soit x ∈ B, alors : x ∈ A ∪ B donc : x ∈ A ∪ C c’est-à-dire x ∈ A ou x ∈ C.
Cliquer ici pour télécharger Les ensembles 1 bac sm cours
Devoir surveillé sur les ensembles 1 bac sm
Exercice 1 (4 pts)
On considère dans ℝ les sous-ensembles suivants : A = ]−∞, 3], B = ]−2, 7] et C = ]−5, +∞[.
- Déterminer A ∖ B et B ∖ A, puis déduire A∆B.
- Déterminer A ∩ C et A ∪ C, puis en déduire A∆C.
- Déterminer (A ∖ B) ∩ C (le complémentaire de (A ∖ B) ∩ C de ℝ).
Exercice 2 (6 pts)
On considère les ensembles :
E = {π/6 + kπ/3 / k ∈ ℤ} et F = {π/3 + kπ/6 / k ∈ ℤ}
- Déterminer E ∩ [− π/2, π].
- Montrer que : E ⊂ F.
- Montrer que : π/3 ∉ E.
- L’inclusion F ⊂ E est-elle satisfaite ? Justifier
Exercice 3 (6 pts)
Déterminer en extension les ensembles :
F = { x ∈ ℤ/ 2x+1/x+1 ∈ ℤ} et C = {(x, y) ∈ (ℤ*)2 / 1/x + 1/y = 1/5}
On considère les ensembles :
B = { x ∈ ℤ/ ∣x∣ < 3} , E = { x ∈ ℤ/ −5 < x ≤ 5} et A = E ∩ ℕ*
Déterminer en extension les ensembles suivants :
A ∩ B , C(A∪B)E , A ∖ B et ( A ∩ B ) ∩ C(A∪B)E
Exercice 4 (4 pts)
Soient A, B et C des parties d’un ensemble E.
- Montrer que : A− ⊂ B− ⇔ (A ∖ B) ∪ B = A.
- Montrer que : A = B ⇔ (A ∖ B) ∪ (B ∖ A) = ∅.
- Montrer que : A = ∅ ⇔ (A ∩ B−) ∪ (A−∩ B) = B.
Cliquer ici pour télécharger Devoir surveillé sur les ensembles 1 bac sm
Correction du devoir surveillé
Exercice 1
On considère dans ℝ les sous-ensembles suivants :
A = ]−∞, 3], B = ]−2, 7] et C = ]−5, +∞[
- ∎On cherche A ∖ B c’est-à-dire les éléments de ℝ qui appartiennent à A et n’appartiennent pas à B.
Méthode 01
A ∖ B = ]−∞, 3] ∖ ]−2, 7] = ]−∞, −2]
Méthode 02
Cliquer ici pour télécharger la Correction du devoir surveillé
Vous pouvez aussi consulter :