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Mathématiques · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Logique et raisonnements

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Connecteurs logiques : La table de vérité est l'outil fondamental. Rappel : $P \implies Q$ est équivalent à $(\text{non } Q) \implies (\text{non } P)$.
  • Quantificateurs : $\forall x \in E, P(x)$ signifie que $P$ est vraie pour tout élément. $\exists x \in E, P(x)$ signifie qu'il existe au moins un élément.
  • Récurrence : Pour montrer $P(n)$ pour $n \geq n_0$ :
    1. Initialisation : Vérifier $P(n_0)$.
    2. Hérédité : Supposer $P(n)$ vraie, montrer $P(n+1)$.
  • Raisonnement par l'absurde : Pour montrer $P$, on suppose $\text{non } P$ et on cherche une contradiction (ex: $1=0$).

Méthodes à maîtriser

  • Négation de propositions : $\text{non}(\forall x, P(x)) \iff \exists x, \text{non } P(x)$ et $\text{non}(\exists x, P(x)) \iff \forall x, \text{non } P(x)$.
  • Preuve par contraposée : Très utile pour les implications du type "Si $x^2$ est pair, alors $x$ est pair".
  • Rédaction de la récurrence : Toujours préciser "Soit $n \in \mathbb{N}$ tel que $P(n)$ est vraie".

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Montrer que $\sqrt{2} \notin \mathbb{Q}$. On suppose $\sqrt{2} = p/q$ avec $p \wedge q = 1$. On trouve $p^2 = 2q^2$, donc $p$ est pair, $p=2k$, d'où $4k^2 = 2q^2 \implies q^2 = 2k^2$, donc $q$ est pair. Contradiction car $p \wedge q = 1$.
  • Exemple 2 : Montrer par récurrence que $\sum_{k=1}^n k = \frac{n(n+1)}{2}$.
    • Initialisation : $1 = 1(2)/2$ (Vrai).
    • Hérédité : $\sum_{k=1}^{n+1} k = \frac{n(n+1)}{2} + (n+1) = (n+1)(\frac{n}{2} + 1) = \frac{(n+1)(n+2)}{2}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier l'initialisation dans la récurrence.
  • Confondre $\forall$ et $\exists$ lors de la négation.
  • Penser que $P \implies Q$ est équivalent à $Q \implies P$ (fausse réciproque).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Logique et raisonnements

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La négation de $\forall x \in \mathbb{R}, x^2 \geq 0$ est :

❓ Questions fréquentes

La négation de "x 0 et x < 5" est-elle "x <= 0 et x = 5" ?

Non, c'est une erreur classique. La négation de "et" est "ou". Donc c'est "x <= 0 ou x >= 5".

💡 À retenir : $\text{non}(A \text{ et } B) = (\text{non } A) \text{ ou } (\text{non } B)$.

Kifach n3ref wach nkhdem b l'absurde wla l'contraposée?

Ila chfti "montrer que si A alors B", ila ban lik l'3aks (non B => non A) sahel, khdem b l'contraposée. Ila ban lik l'3aks fih تناقض (contradiction), khdem b l'absurde.

💡 À retenir : L'intuition vient avec la pratique des exercices.

Comment nier une proposition avec plusieurs quantificateurs ?

Il faut inverser chaque quantificateur et nier la proposition finale. Par exemple, la négation de $\forall x \in \mathbb{R}, \exists y \in \mathbb{R}, x+y > 0$ est $\exists x \in \mathbb{R}, \forall y \in \mathbb{R}, x+y \leq 0$.

💡 À retenir : On change $\forall$ en $\exists$ et $\exists$ en $\forall$, puis on nie la condition.

Kifach n7seb l'assertion "P ou Q" ila kant P khata?

Ila kant P khata, l'assertion "P ou Q" katkon s7i7a ghir ila kant Q s7i7a. Ila kant 7ta Q khata, l'assertion kamla katkon khata.

💡 À retenir : "Ou" est vrai si au moins une des deux propositions est vraie.

Est-ce que le raisonnement par l'absurde est obligatoire pour tout ?

Non, il ne faut l'utiliser que si les méthodes directes échouent. C'est souvent le dernier recours quand on ne voit pas de chemin logique clair.

💡 À retenir : Privilégier le raisonnement direct ou la contraposée avant l'absurde.

Chno hiya l'equivalence "P <= Q" f l'examen?

Bach tbeyen $P \iff Q$, khassek tbeyen $P \implies Q$ (sens direct) o tbeyen $Q \implies P$ (sens réciproque).

💡 À retenir : L'équivalence est une double implication.

Peut-on utiliser la récurrence pour montrer une égalité avec des réels ?

Oui, tant que la propriété dépend d'un entier naturel $n$. La récurrence est un outil puissant pour les suites ou les sommes indexées par $n$.

💡 À retenir : La récurrence s'applique uniquement sur $\mathbb{N}$.

Est-ce que l'ordre des quantificateurs est important ?

Oui, absolument. $\forall x, \exists y$ n'est pas la même chose que $\exists y, \forall x$. Le premier signifie que $y$ dépend de $x$, le second signifie qu'il existe un $y$ fixe pour tout $x$.

💡 À retenir : Ne jamais inverser les quantificateurs sans réfléchir.

Comment rédiger l'hérédité en récurrence ?
  1. On écrit "Supposons que $P(n)$ est vraie". 2. On écrit "Montrons que $P(n+1)$ est vraie". 3. On utilise l'hypothèse de récurrence pour transformer l'expression de $P(n+1)$.

💡 À retenir : L'hypothèse de récurrence doit impérativement être utilisée.

Est-ce qu'on peut utiliser des exemples pour prouver une proposition universelle ?

Jamais ! Un exemple ne prouve rien pour le cas général. Pour prouver $\forall x$, il faut un raisonnement général. Par contre, un contre-exemple suffit pour prouver qu'une proposition est fausse.

💡 À retenir : Un exemple = contre-exemple (pour invalider), pas une preuve.

Chno lfarq bin l'implication o l'equivalence?

L'implication $P \implies Q$ kat3ni ila kant P s7i7a, khasse Q tkoun s7i7a. L'equivalence $P \iff Q$ kat3ni P o Q 3ndhom nafs l'etat (jouj s7a7 aw jouj khata).

💡 À retenir : L'équivalence est plus forte que l'implication.

Pourquoi on commence souvent la récurrence par n0=0 ou n0=1 ?

Parce que le domaine de définition de la propriété est souvent $\mathbb{N}$ ou $\mathbb{N}^*$. Il faut toujours commencer par la plus petite valeur pour laquelle la propriété est définie.

💡 À retenir : Toujours vérifier l'ensemble de validité.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Montrer par récurrence que pour tout $n \in \mathbb{N}^*$, $3^{2n} - 2^n$ est divisible par 7.

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Exercice 2

Montrer que pour tout $x \in \mathbb{R}^+$, $\sqrt{x+1} - \sqrt{x} < \frac{1}{2\sqrt{x}}$ (pour $x>0$).

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Exercice 3

Montrer par l'absurde que $\forall x \in [0, \pi/2], \sin x + \cos x \geq 1$.

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