Cours de Terminale

Vocabulaire ensembliste et logique

Ensembles, n-uplets, fonctions et bijections, symbole somme, et les cinq modes de raisonnement attendus au baccalauréat.

Avant de commencer

  • Connaître les notations ensemblistes et les intervalles.
  • Savoir formuler une implication et sa contraposée.

À la fin du chapitre, tu sais

  • Écrire la négation d'une proposition contenant un ou deux quantificateurs.
  • Distinguer condition nécessaire et condition suffisante.
  • Choisir un mode de raisonnement adapté.
  • Rédiger une démonstration par récurrence.
  • Lire une somme écrite avec le symbole Σ\Sigma.
Sommaire

I. Ensembles, n-uplets, fonctions

DéfinitionRappels de notation

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

La réunion ABA \cup B, l'intersection ABA \cap B et le complémentaire A\overline{A} gardent le sens vu les années précédentes, de même que les notations d'intervalles.

Définitionn-uplets et produit cartésien

Un nn-uplet est une liste ordonnée de nn objets. L'ensemble des nn-uplets d'éléments de EE se note EnE^n.

Le plan repéré s'identifie ainsi à R2\mathbb{R}^2 et l'espace à R3\mathbb{R}^3, ce qui donne un sens précis à l'écriture des coordonnées.

DéfinitionFonction, bijection, composition

Une fonction associe à chaque élément de son ensemble de définition un unique élément d'arrivée.

Une bijection entre deux ensembles est une correspondance qui associe à chaque élément du premier un unique élément du second, et réciproquement. Le repérage établit par exemple une bijection entre le plan et R2\mathbb{R}^2.

La composée vuv \circ u applique d'abord uu, puis vv au résultat. Les fonctions exponentielle et logarithme sont réciproques l'une de l'autre, ce qui s'écrit ln(ex)=x\ln(\text{e}^x)=x et elnx=x\text{e}^{\ln x}=x pour x>0x>0.

DéfinitionLe symbole somme

La somme des nombres a1,a2,,ana_1, a_2, \ldots, a_n se note

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

L'indice kk est muet : le remplacer par une autre lettre ne change pas la valeur de la somme. Cette notation sert notamment pour les probabilités cumulées d'une loi binomiale.

II. Propositions et quantificateurs

DéfinitionQuantifications

Une proposition universelle affirme qu'une propriété vaut pour tous les éléments considérés ; une proposition existentielle affirme qu'au moins un élément la vérifie.

Beaucoup de quantifications restent implicites. La phrase « la fonction exponentielle est positive » signifie « pour tout réel xx, on a ex>0\text{e}^x>0 ».

PropriétéNégation

La négation d'une proposition universelle est existentielle, et réciproquement.

Avec deux quantificateurs, la négation les échange tous les deux et nie la conclusion. La négation de « pour tout ε>0\varepsilon>0, il existe un rang NN tel que PP » est « il existe un ε>0\varepsilon>0 tel que pour tout rang NN, la propriété PP est fausse ».

Exemple

La négation de « toutes les suites de cet exercice convergent » est « au moins une de ces suites ne converge pas », et non « aucune ne converge ».

DéfinitionConditions nécessaire et suffisante

Dans l'implication « PQP \Rightarrow Q », la proposition PP est une condition suffisante pour QQ, et QQ une condition nécessaire à PP.

Lorsque l'implication et sa réciproque sont vraies, chacune est une condition nécessaire et suffisante pour l'autre, et l'on parle de propriété caractéristique.

Exemple

Pour une fonction dérivable, avoir une dérivée nulle en aa est une condition nécessaire pour présenter un extrémum en aa, mais elle n'est pas suffisante : la fonction cube le montre en 00.

En revanche, pour une fonction deux fois dérivable, la positivité de la dérivée seconde sur un intervalle est une propriété caractéristique de la convexité.

III. Les cinq modes de raisonnement

MéthodeContre-exemple

Pour infirmer une proposition universelle, un seul cas suffit. Pour montrer qu'une fonction continue n'est pas nécessairement dérivable, la fonction valeur absolue en 00 tranche la question.

MéthodeDisjonction des cas

Lorsque le traitement dépend d'une situation, on découpe en cas couvrant toutes les possibilités : signe d'un paramètre, position par rapport à une valeur charnière, parité d'un entier.

MéthodeContraposée

Démontrer « PQP \Rightarrow Q » revient à démontrer « (non QQ) \Rightarrow (non PP) ». Cette version est parfois bien plus simple à établir, notamment lorsque la négation de QQ fournit une écriture exploitable.

MéthodeRaisonnement par l'absurde

On suppose la proposition fausse et on en tire une contradiction. C'est le raisonnement utilisé pour établir l'irrationalité de 2\sqrt{2}.

MéthodeRécurrence

Pour une propriété dépendant d'un entier nn, on vérifie l'initialisation au premier rang, puis l'hérédité, c'est-à-dire le passage du rang nn au rang n+1n+1, avant de conclure.

C'est le seul mode de raisonnement réellement nouveau en Terminale, et il est très fréquemment demandé au baccalauréat.

Attention

Une récurrence dont l'hérédité n'utilise pas l'hypothèse de récurrence est suspecte : soit la propriété se démontre directement, soit le raisonnement comporte une faille.

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