Cours de Maths complémentaires

Vocabulaire ensembliste et logique

Les notations et les règles de raisonnement utilisées dans tous les chapitres de l'option : ensembles, intervalles, quantificateurs, implication.

Avant de commencer

  • Connaître les ensembles de nombres et les notations d'intervalles.

À la fin du chapitre, tu sais

  • Utiliser correctement les symboles ensemblistes.
  • Écrire la négation d'une proposition.
  • Distinguer une implication de sa réciproque.
  • Lire une somme écrite avec le symbole Σ\Sigma.
Sommaire

I. Ensembles et intervalles

DéfinitionNotations

Le symbole \in relie un élément à un ensemble, le symbole \subset relie deux ensembles.

La réunion ABA \cup B rassemble les éléments qui appartiennent à AA ou à BB, l'intersection ABA \cap B ceux qui appartiennent aux deux.

Le complémentaire de AA dans un ensemble EE, noté A\overline{A} ou EAE \setminus A, rassemble les éléments de EE qui ne sont pas dans AA. L'ensemble vide se note \varnothing.

PropriétéEnsembles de nombres
NZDQR\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{D} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}

Un intervalle décrit un morceau de la droite numérique : [a;b][a\,;b] avec ses bornes, ]a;b[]a\,;b[ sans elles, [a;+[[a\,;+\infty[ pour une demi-droite.

Remarque

Ces notations servent en permanence dans l'option : ensemble de définition d'une fonction, intervalle d'étude d'un modèle, intervalle sur lequel une variable aléatoire à densité prend ses valeurs.

DéfinitionLe symbole somme

La somme de plusieurs nombres s'écrit de façon condensée

k=1nak=a1+a2++an\sum_{k=1}^{n} a_k = a_1+a_2+\cdots+a_n

Cette notation apparaît dans le calcul d'une moyenne, d'une espérance ou d'une probabilité cumulée. Sa manipulation algébrique n'est pas un objectif du programme : il s'agit de savoir la lire.

II. Propositions et négation

DéfinitionProposition et connecteurs

Une proposition mathématique est une phrase dont on peut dire si elle est vraie ou fausse.

La proposition « PP et QQ » est vraie lorsque les deux le sont. La proposition « PP ou QQ » est vraie dès que l'une au moins l'est : le « ou » des mathématiques n'exclut pas les deux à la fois.

PropriétéNégation

La négation de « PP et QQ » est « (non PP) ou (non QQ) ».

La négation de « PP ou QQ » est « (non PP) et (non QQ) ».

La négation d'une proposition universelle est existentielle : le contraire de « toutes les valeurs sont positives » est « au moins une valeur est strictement négative ».

Exemple

En probabilité, l'évènement contraire de « au moins un succès » est « aucun succès ». Cette réécriture simplifie beaucoup de calculs, car elle remplace une somme de plusieurs termes par un seul :

P(X1)=1P(X=0)P(X \geqslant 1)=1-P(X=0)

III. Implication et raisonnements

DéfinitionImplication, réciproque, contraposée

L'implication « PQP \Rightarrow Q » signifie que QQ est vraie chaque fois que PP l'est. On dit que PP est une condition suffisante pour QQ, et QQ une condition nécessaire à PP.

Sa réciproque est « QPQ \Rightarrow P », qui n'a aucune raison d'être vraie en même temps.

Sa contraposée est « (non QQ) \Rightarrow (non PP) », qui lui est toujours équivalente.

Exemple

Une corrélation forte entre deux séries n'implique pas un lien de cause à effet, et une absence de corrélation linéaire n'implique pas une absence de lien. Confondre une implication et sa réciproque est ici une erreur d'interprétation, pas seulement de logique.

MéthodeLes modes de raisonnement

Le contre-exemple infirme une proposition universelle : un seul cas suffit.

La disjonction des cas découpe le problème selon les situations possibles, par exemple le signe d'un paramètre.

Le raisonnement par l'absurde suppose le contraire de ce qu'on veut établir, puis en tire une contradiction.

Le raisonnement par contraposée démontre « (non QQ) \Rightarrow (non PP) » à la place de « PQP \Rightarrow Q ».

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