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1 Propositions et propriétés sur un ensemble 1.1 Propositions 1.1.1 Principe de non-contradiction 1.1.2 Principe du tiers exclu 1.2 Propriétés sur un ensemble 1.2.1 Un peu de vocabulaire : les ensembles 1.3 Propriétés sur un ensemble 1.3.1 Partie de l'univers associée à une propriété définie sur cet univers 1.3.2 Négation d'une propriété définie sur E 1.3.3 Négation d'une propriété et ensemble associé 1.3.4 Théorème 1 (première forme) 1.3.5 Théorème 1 (deuxième forme
Une proposition est une affirmation qui a un sens. "qui a un sens" signifie précisément : "dont on peut dire sans ambiguïté si c'est vrai ou faux". Ainsi, "Il fait beau en ce moment" est une proposition : on peut voir si c'est vrai ou faux en regardant le ciel, sans autre problème. "2 est plus grand que 3" est une proposition, clairement fausse. Par contre, "je mens" n'est pas une proposition : - si je fais l'hypothèse qu'elle est vraie, elle affirme justement que la personne qui parle est en train de mentir, et donc je dois en déduire qu'elle est fausse ; - si par contre, je suppose qu'elle est fausse, alors la personne ne ment pas, et elle dit la vérité, aussi, je dois en déduire qu'elle est vraie. On posera axiomatiquement les principes :
Une proposition ne peut à la fois être vraie et fausse.
Une proposition ne peut avoir d'autre "valeur de vérité" que "V" (vrai) ou "F" (faux).
On appelle ensemble toute collection d'objets, réels ou imaginaires. Par exemple, l'ensemble des livres que je possède ; l'ensemble des voitures de sport de ma collection privée (je n'en ai encore aucune, mais peut-être un jour...) que nous appellerons ensemble vide ; l'ensemble des entiers naturels (il y en a une infinité : 0, 1, 2, ..., 2008, ... 1 000 000, ...), etc. Les objets contenus dans ces collections seront appelés éléments des ensembles, ou objets appartenant à ces ensembles. Si l'on connaît la liste des éléments d'un ensemble , on peut écrire selon la syntaxe : (pour dire que est l'ensemble des chiffres) Sinon, on peut écrire une description déterminant sans ambiguïté les éléments de l'ensemble : = {entiers naturels} ou = {0,1,2,....} pour suggérer que la liste s'allonge indéfiniment. On peut aussi écrire (lire : l'ensemble des chiffres est l'ensemble des entiers naturels tels que est compris entre 0 et 9). On notera par exemple pour dire que 134 000 est un élément de l'ensemble des entiers naturels, ou appartient à l'ensemble . et pour dire que la Porsche 911 n'appartient pas à ma collection de voitures de sport...( se lit "appartient à " ou "élément de", et se lit "n'appartient pas à" ou "n'est pas élément de") En général, on se donne toujours un ensemble contenant tout ce dont j'ai besoin pour un propos déterminé, ensemble qu'on appellera univers. Par exemple, si je me propose de calculer le nombre de chaussettes que je puis m'acheter, je choisirai a priori , car ce nombre est forcément entier naturel. Si je fais de la géométrie élémentaire et raisonne sur les angles d'un triangle, je puis me contenter de poser , etc. Si je considère d'autres ensembles, ce ne peut être que des ensembles contenus dans cet univers , c'est-à-dire des ensembles dont tous les éléments sont pris parmi les éléments de . On dit qu'un ensemble est inclus dans , et l'on écrit si tous les éléments de sont éléments de . ( se lit : "est inclus dans", ou "est une partie de") Si , le complémentaire de dans est l'ensemble des éléments de qui n'appartienent pas à , on le note de plusieurs façons : , parfois s'il n'y a pas ambiguïté. Attention, on lit : complémentaire de A, : E moins A, : complémentaire de dans . Exemple, si est l'ensemble des entiers pairs, son complémentaire dans est , l'ensemble des entiers impairs. Comme on peut dire que , on peut définir et (nous verrons que ) : , ou si l'on préfère : et étant deux ensembles quelconques inclus dans l'univers, on peut définir plus généralement comme ensemble des éléments de qui n'appartiennent pas à , et comme ensemble des éléments de qui n'appartiennent pas à . On a donc : (lire : est l'ensemble des éléments de tels que n'appartient pas à ) (lire : moins est l'ensemble des éléments de tels que n'appartient pas à ) Soient deux ensembles et dans l'univers. On définit leur réunion comme l'ensemble des éléments appartenant à au moins l'un des deux : (lire : union est l'ensemble des éléments de tels que appartient à ou à ; attention, le "ou" ici n'est pas exclusif, et ne signifie pas "ou bien... ou bien", mais "au moins à l'un des deux") On définit ausi leur intersection comme l'ensemble des éléments appartenant à la fois à l'un et à l'autre : (lire : inter est l'ensemble des éléments de tels que appartient à et à ) On appelle application d'un ensemble sur un ensemble l'objet mathématique qui à tout élément fait correspondre un et un seul élément noté . On note ceci pour dire que prend des éléments de pour les faire correspondre à des éléments de (on dit que est l' ensemble de départ ou source de l'application et que est l' ensemble d'arrivée ou but de . On note aussi la correspondance réalisée par entre éléments de et .
Soit un ensemble. Si est un élément quelconque de , et une proposition pour tout fixé, alors on dit que est une propriété définie sur . On peut définir ceci en disant que est une application de sur l'ensemble , parce que l'on connaît tout sur si l'on a la liste complète des éléments de pour lesquels est vraie, ou fausse (on a noté pour "vraie" et pour "fausse").
Exemples : la propriété : " est un nombre pair". Il est clair que est l'application telle que
A toute propriété , associons l'ensemble des éléments de tels que la proposition est vraie. Ainsi, à la propriété : "x est pair", définie sur , on associe l'ensemble des nombres pairs.
Soit une propriété définie sur un ensemble (qu'on appellera donc univers). On dit qu'une propriété définie sur le même ensemble est une négation de si pour tout , lorsque est vraie, est fausse, et lorsque est fausse, est vraie :
Ainsi, une négation de la propriété "x est pair" est "x est impair" , une autre négation est "x n'est pas pair" , ou "il est faux d'affirmer que x est pair"...
Si est une négation de , on écrit : [Nous préciserons plus loin la signification de la notation (équivalence logique); disons ici qu'elle signifie que les propriétés ont toujours la même valeur de vérité]
Résultat élémentaire, mais à remarquer : une négation de est , et dans l'autre sens, une négation de est ; en effet, regardons le tableau :
Autre moyen de voir ce résultat : Négation de "x est plus petit que 20" : "x n'est pas plus petit que 20", soit "x est plus grand ou égal à 20". On se rappellera qu'une négation d'une inégalité stricte est une inégalité large, et une négation d'une inégalité large est une inégalité stricte.
Si une propriété est associée à l'ensemble inclus dans , alors une négation est associée à son complémentaire . Par exemple, la propriété : "x est pair" est associée à l'ensemble Une négation est :"x est impair" et elle est associée à .
On peut exprimer la définition de la négation par la "table de vérité" :
On en tire immédiatement (par simple lecture !) le théorème : Si est une négation de , alors est une négation de . Ce théorème s'exprime aussi par Si , alors
Nions deux fois de suite une propriété sur un ensemble :
Le simple examen des colonnes de la table de vérité donne l'énoncé du théorème : Une négation d'une négation d'une propriété est équivalente à Autrement dit :