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Les ensembles de nombres

L'ensemble de entiers naturels : \(\mathbb{N}\)

C'est l'ensemble des entiers positifs.

$$\mathbb{N} = \Bigl \{ 0, \ 1, \ 2,\ 3, \ 4 \ ... etc\Bigr \}$$

L'ensemble de entiers relatifs : \(\mathbb{Z}\)

C'est l'ensemble des entiers, positifs ou négatifs.

$$\mathbb{Z} = \Bigl \{...-4, -3, -2,-1, \ 0,\ 1,\ 2,\ 3,\ 4 \ ... \Bigr \}$$

L'ensemble de nombres décimaux : \(\mathbb{D}\)

C'est l'ensemble des nombres à virgules écrits sous forme finie.

Un nombre décimal \(d\) s'écrit sous la forme :

$$ d = \frac{a}{10^b} \qquad (a \in \mathbb{Z}, \ b \in \mathbb{N})$$

L'ensemble de nombres rationnels : \(\mathbb{Q}\)

C'est l'ensemble des nombres s'écrivant sous forme de fraction irréductible.

Un nombre rationnel \(q\) s'écrit sous la forme :

$$ q = \frac{a}{b} \qquad (a \in \mathbb{Z}, \ b \in \mathbb{N}^*)$$

L'ensemble de nombres réels : \(\mathbb{R}\)

C'est l'ensemble des tous les nombres qui existent.

Par rapport à l'ensemble des rationnels précédent qui représente déjà beaucoup de nombres, on y ajoute les irrationnels.

Un irrationnel est, comme son nom l'indique, un nombre qu'on ne peut classer nulle part. Ce sont des nombres dont les chiffres après la virgule ne prennent jamais fin. On peut dire en quelque sorte que ce sont des concepts, que l'on peut utiliser mais sans jamais les calculer avec une infime précision. En voici quelques exemples :

Nombre

Valeur

Explication

$$ \sqrt{2} $$
$$ \approx 1.414... $$

C'est le nombre qui, lorsqu'on le met au carré fait \(2\)

$$ \pi $$
$$ \approx 3.141... $$

C'est le rapport du périmètre d'un cercle sur son diamètre

$$ \phi $$
$$ \approx 1.618... $$

On l'appelle aussi nombre d'or, ou rapport divin. Il est issu de la suite de Fibonacci :

$$F = \Bigl \{ 1, \ 1, \ 2,\ 3, \ 5, \ 8, \ 13, \ 21... etc\Bigr \}$$

On l'obtient en divisant un nombre par le nombre précédent. Plus on les prend loin dans la suite, et plus on s'approche de \(\phi\).

$$ e $$
$$ \approx 2.718... $$

Son nom a été donné en référence au mathématicien Euler.

Beaucoup utilisé dans le calcul différentiel, c'est un nombre permettant d'obtenir une fonction exponentielle \((e^x)\), dont la dérivée est égale à la fonction de départ. Ce qui rend ce nombre unique en son genre.

Inclusions des ensembles entre eux

Chaque ensemble contient tous les ensembles précédents :

$$\mathbb{N} \subset \mathbb{Z} \subset \mathbb{D} \subset \mathbb{Q} \subset \mathbb{R}$$
Schéma des ensembles de nombres

Exemples :

Notations des ensembles

  1. Un ensemble ordinaire : \(\mathbb{E}\)

  2. On note un ensemble \(\mathbb{E}\) composée des nombres \( n_1, \ n_2, \ n_3 \ ... etc\) :

    $$\mathbb{E} = \Bigl \{ n_1, \ n_2, \ n_3 \ ... etc\Bigr \}$$
  3. Exclusions

    1. Exclusions d'ensembles

    2. Pour écrire un ensemble \(\mathbb{F}\) où on exlcut l'ensemble \(\mathbb{E_2}\) d'un un ensemble \(\mathbb{E_1}\), on note :

      $$\mathbb{F} = \mathbb{E_1} \ \backslash \hspace{0.01em} \bigl \{ \mathbb{E_2} \bigr \}$$

      Exemple : les irrationnels se notent \( \Bigl[ \mathbb{R} \ \backslash \hspace{0.01em} \bigl \{ \mathbb{Q} \bigr \} \Bigr]\).


    3. Exclusions de valeurs

    4. On peut aussi uniquement exclure des valeurs :

      Exemple : l'ensemble des réels privé de \(0\).

      $$\mathbb{R}^+ = \mathbb{R} \ \backslash \hspace{0.01em} \bigl \{ 0 \bigr \}$$

Unions/intersections

Considérons deux ensembles disjoints \(A\) et \(B\) :

Schéma de deux ensembles ordinaires \(A\) et \(B\) (disjoints)

Maintenant, si l'on met une de leur partie en commun, ils deviennent non disjoints, et on peut étudier :

  1. Intersection de deux ensembles : \(A \cap B\)

  2. L'intersection de ces deux ensembles donne \(A \cap B\) :

    Intersection de deux ensembles

    C'est la partie commune aux deux ensembles.

    Exemple :

    $$\mathbb{E_1} \cap \mathbb{E_2} = \Bigl \{0, \ 1, \ 2, \ 3, \ 4, \ 5 \Bigr \} \cap \Bigl \{ 1, \ 3, \ 5, \ 7 \Bigr \} = \Bigl \{1, \ 3, \ 5 \Bigr \} $$
  3. Union de deux ensembles : \(A \cup B\)

  4. Maintenant, un élément compris dans l'union des deux ensembles est soit dans l'un, soit dans l'autre, soit dans l'intersection des deux.

    Pour ne pas compter deux fois l'intersection \((A \cap B)\), on fait en sorte de n'en avoir plus qu'une seule.

    $$A \cup B = \Bigl[ A \ \backslash (A \cap B) \Bigr] + (A \cap B) + \Bigl[ B \ \backslash (A \cap B) \Bigr]$$
    Union de deux ensembles