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Logique et raisonnement · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

Ensembles et opérations sur les ensembles

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

  • Définition : Un ensemble est une collection d'objets appelés éléments. On note $x \in E$ si $x$ appartient à $E$.
  • Inclusion : $A \subset B \iff (\forall x, x \in A \implies x \in B)$.
  • Opérations :
    • Intersection : $A \cap B = {x / x \in A \text{ et } x \in B}$.
    • Réunion : $A \cup B = {x / x \in A \text{ ou } x \in B}$.
    • Différence : $A \setminus B = {x / x \in A \text{ et } x \notin B}$.
    • Complémentaire : $\complement_E A = E \setminus A$.
  • Produit cartésien : $A \times B = {(x, y) / x \in A \text{ et } y \in B}$.
  • Ensemble des parties : $\mathcal{P}(E) = {A / A \subset E}$. Si $card(E) = n$, alors $card(\mathcal{P}(E)) = 2^n$.

Méthodes à maîtriser

  • Pour montrer $A = B$, montrer $A \subset B$ et $B \subset A$.
  • Pour montrer $A \subset B$, prendre un élément $x \in A$ et montrer qu'il est dans $B$.
  • Utiliser les diagrammes de Venn pour visualiser les opérations.
  • Appliquer les lois de Morgan : $\complement(A \cup B) = \complement A \cap \complement B$ et $\complement(A \cap B) = \complement A \cup \complement B$.

Exemples corrigés

  • Exemple 1 : Montrer que $A \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup (A \cap C)$.
    • On montre l'inclusion dans les deux sens par équivalence logique.
  • Exemple 2 : Si $E = {1, 2}$, alors $\mathcal{P}(E) = {\emptyset, {1}, {2}, {1, 2}}$.

Erreurs fréquentes

  • Confondre $\in$ (élément) et $\subset$ (ensemble).
  • Oublier l'ensemble vide $\emptyset$ dans $\mathcal{P}(E)$.
  • Penser que $A \setminus B = B \setminus A$ (c'est faux en général).

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Ensembles et opérations sur les ensembles

1/4

Si $A \subset B$, alors $A \cap B$ est égal à :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que emptyset in A est toujours vrai ?

Non. L'ensemble vide est une partie de tout ensemble ($\emptyset \subset A$), mais il n'est un élément de $A$ que si $A$ contient explicitement l'ensemble vide comme élément.

💡 À retenir : $\emptyset \subset A$ est toujours vrai, mais $\emptyset \in A$ dépend de la définition de $A$.

Kifach n-biyen bli A = B ?

Pour montrer que deux ensembles sont égaux, il faut montrer la double inclusion :

  1. Montrer que $A \subset B$ (tout élément de $A$ est dans $B$).
  2. Montrer que $B \subset A$ (tout élément de $B$ est dans $A$).

💡 À retenir : L'égalité d'ensembles passe toujours par la double inclusion.

Quelle est la différence entre A setminus B et B setminus A ?

$A \setminus B$ contient les éléments qui sont dans $A$ mais pas dans $B$. $B \setminus A$ contient ceux qui sont dans $B$ mais pas dans $A$. Ils sont égaux seulement si $A=B$.

💡 À retenir : La différence n'est pas commutative.

Chno hiya mathcal{P}(E) exactement ?

C'est l'ensemble de toutes les parties (sous-ensembles) de $E$. Si $E={a, b}$, ses parties sont $\emptyset, {a}, {b}, {a, b}$. Donc $\mathcal{P}(E) = {\emptyset, {a}, {b}, {a, b}}$.

💡 À retenir : $\mathcal{P}(E)$ est un ensemble d'ensembles.

Est-ce que A times B = B times A ?

Non, car les éléments de $A \times B$ sont des couples $(a, b)$ avec $a \in A$ et $b \in B$, alors que ceux de $B \times A$ sont $(b, a)$ avec $b \in B$ et $a \in A$.

💡 À retenir : L'ordre dans le couple compte, donc $A \times B \neq B \times A$ sauf si $A=B$.

Kifach n-3ref cardinal dial mathcal{P}(E) ?

Si ton ensemble $E$ possède $n$ éléments, alors le nombre de parties de $E$ est toujours $2^n$.

💡 À retenir : $card(\mathcal{P}(E)) = 2^{card(E)}$.

Est-ce que A cup (B cap C) = (A cup B) cap (A cup C) ?

Oui, c'est la distributivité de la réunion par rapport à l'intersection. C'est une propriété fondamentale des ensembles.

💡 À retenir : La réunion et l'intersection sont distributives l'une par rapport à l'autre.

Si A subset B, que vaut A cup B ?

Si $A$ est inclus dans $B$, alors tous les éléments de $A$ sont déjà dans $B$. Donc $A \cup B = B$.

💡 À retenir : Si $A \subset B$, alors $A \cup B = B$ et $A \cap B = A$.

Comment démontrer que A cap B = emptyset ?

Tu supposes qu'il existe un élément $x$ tel que $x \in A \cap B$, et tu cherches à aboutir à une contradiction (par exemple $x \neq x$ ou une condition impossible).

💡 À retenir : Si l'intersection est vide, les ensembles sont dits disjoints.

Est-ce que (A setminus B) cup B = A ?

Non, c'est faux. Cela donne $A \cup B$. Pour obtenir $A$, il faut que $B \subset A$.

💡 À retenir : Attention aux propriétés de la différence, elles sont souvent contre-intuitives.

C'est quoi le complémentaire de A cap B ?

D'après les lois de Morgan, le complémentaire de $A \cap B$ est $\complement A \cup \complement B$.

💡 À retenir : Le complémentaire transforme l'intersection en réunion et inversement.

Est-ce que l'ensemble vide est inclus dans lui-même ?

Oui, l'ensemble vide est une partie de tout ensemble, y compris de lui-même. $\emptyset \subset \emptyset$ est vrai.

💡 À retenir : L'inclusion est réflexive.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $E = {1, 2, 3}$. Déterminer $\mathcal{P}(E)$ et vérifier que son cardinal est $2^3$.

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Exercice 2

Soient $A$ et $B$ deux parties d'un ensemble $E$. Montrer que $A \setminus B = A \cap \complement_E B$.

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Exercice 3

Soient $A, B, C$ trois parties de $E$. Montrer que $A \cap (B \setminus C) = (A \cap B) \setminus (A \cap C)$.

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