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Université Grenoble Alpes
Langage mathématique
Algèbre et géométrie élémentaires
E A BPortail MathématiquesInformatique
29 mars 2023
TABLE DES MATIÈRES
Avertissement au lecteur............................................................... 7 Programme............................................................................ 91. Langage mathématique............................................................. 11
Cours................................................................................ 111.1. Un peu de logique............................................................ 11
1.2. Ensembles.................................................................... 19
1.3. Quantificateurs............................................................... 23
1.4. Couples, produit.............................................................. 27
1.5. Applications, suites........................................................... 28
1.6. Raisonnements............................................................... 35
Fiche de révision..................................................................... 411.1. Principaux symboles introduits dans le chapitre................................ 41
1.2. Tables de vérités de base....................................................... 41
1.3. Règles de négation............................................................ 41
1.4. Composées, images directes et réciproques..................................... 41
1.5. Propriétés des applications..................................................... 42
Entraînement........................................................................ 431.1. Exercice corrigé............................................................... 43
1.2. Vrai ou faux.................................................................. 44
1.3. Exercices..................................................................... 46
Compléments........................................................................ 541.1. Ces longues chaînes de raisons................................................. 54
1.2. Démonstrations non constructives............................................. 55
4TABLE DES MATIÈRES
1.3. L"ensemble de tous les ensembles.............................................. 56
1.4. Le rêve de Hilbert............................................................. 57
1.5. Les cardinaux infinis.......................................................... 58
1.6. Ensembles quotients.......................................................... 59
1.7. Ramener l"infini au fini........................................................ 61
2. Limites de fonctions................................................................ 63
Cours................................................................................ 632.1. Inégalités, intervalles.......................................................... 63
2.2. La valeur absolue............................................................. 64
2.3. Définition de la limite d"une fonction.......................................... 65
2.4. Quelques exemples............................................................ 68
2.5. Opérations sur les limites...................................................... 69
2.6. Limites sur une partie du domaine de définition................................ 73
2.7. Critères de convergence....................................................... 75
2.8. Continuité................................................................... 77
2.9. Application : la notion de dérivée.............................................. 79
Fiche de révision..................................................................... 802.1. Définitions................................................................... 80
2.2. Opération sur les limites...................................................... 80
Entraînement........................................................................ 822.1. Vrai ou faux.................................................................. 82
2.2. Exercices..................................................................... 83
Compléments........................................................................ 872.1. Achille et la tortue............................................................ 87
2.2. Newton et le calcul différentiel................................................ 89
2.3. Cauchy, Weierstrass, lesεet lesδ............................................... 90
3. Calcul Algébrique.................................................................. 91
Cours................................................................................ 913.1. Sommes et produits........................................................... 91
3.2. Trois formules à connaître..................................................... 97
3.3. Nombres complexes...........................................................102
3.4. Formes trigonométrique et exponentielle.......................................105
3.5. Géométrie du plan complexe..................................................109
Fiche de révision.....................................................................1143.1. Quelques formules............................................................114
TABLE DES MATIÈRES5
3.1. Vrai ou faux..................................................................115
3.2. Exercices.....................................................................119
3.1. Les formules de Ramanujan...................................................127
3.2. Le Rapido....................................................................127
3.3. La marquise de Tencin........................................................129
3.4. Equations résolubles par radicaux..............................................130
4. Plan et espace.......................................................................133
4.1. Introduction..................................................................133
4.2. Structure d"espace vectoriel réel................................................134
4.3. Combinaison linéaire, familles libres, liées et génératrices.......................136
4.4. Espaces vectoriels de dimension 1, 2 ou 3......................................141
4.5. Droites et plans affines........................................................145
4.6. Produit scalaire et orthogonalité...............................................151
4.7. Espace affine euclidien........................................................155
4.8. Produit vectoriel..............................................................159
Fiche de révision.....................................................................1654.1. Espaces vectoriels.............................................................165
4.2. Dimension 2.................................................................166
4.3. Espace affine de dimension 3..................................................167
4.4. Plan euclidien................................................................168
4.5. Espace euclidien de dimension 3...............................................168
4.1. Vrai ou faux..................................................................169
4.2. Exercices.....................................................................171
4.1. La géométrie du triangle......................................................182
4.2. La proposition..........................................................184
4.3. Les Sangakus.................................................................187
4.4. La règle de Sarrus.............................................................187
4.5. Les géodésiens................................................................189
4.6. Le cinquième postulat.........................................................191
App. 1. Annales.......................................................................194 Énoncé partiel 2016..................................................................194 Corrigé partiel 2016..................................................................1976TABLE DES MATIÈRES
Énoncé première session 2016........................................................201 Corrigé première session 2016........................................................203 Énoncé seconde session 2016.........................................................207 Corrigé seconde session 2016.........................................................209 Énoncé partiel 2017..................................................................215 Corrigé partiel 2017..................................................................217 Énoncé première session 2017........................................................221 Corrigé première session 2017........................................................223 Énoncé deuxième session 2017.......................................................227 Corrigé deuxième session 2017.......................................................230 Énoncé partiel 2018..................................................................235 Corrigé partiel 2018..................................................................237 Énoncé première session 2018........................................................240 Corrigé première session 2018........................................................243 Énoncé deuxième session 2018.......................................................248 Corrigé deuxième session 2018.......................................................251AVERTISSEMENT AU LECTEUR
Ce polycopiéest destiné aux étudiants de l"Unité d"Enseignement MAT101. Cette unité d"en
seignement est obligatoire pour les étudiants entrant à l"Université Grenoble Alpes par le portail
Mathématiques et Informatique.
Ce polycopié est un outil pédagogique qui vients"ajouterau cours. Le point de vue du courset celui du polycopié peuvent différer offrant deux façons d"aborder une même notion mathé
matique. Ce texte reprend les notions mathématiques à la base mais s"appuie, notamment pour les exemples, sur les programmes de l"enseignement secondaire. Les chapitres de ce polycopié se décomposent de la façon suivante :1. Le cours contient les notions à assimiler. Il convient d"en apprendre les définitions et les
énoncés des résultats principaux. Les démonstrations données doivent êtrecomprises. Elles
servent de modèle pour les exercices de raisonnement. C"esten comprenant les démons trations, qu"on apprend à en rédiger.2. La fiche de révisionn"estpasla liste minimale des notions à connaître. Après avoir travaillé
votre cours, lisez la fiche de révision : vous devez être capable de réciter chaque définition
ou résultat de cette fiche sans la moindre hésitation (y compris l"énoncé des hypothèses
éventuelles), sinon cela veut dire que vous devez relire attentivement le cours.3. La partie entraînement comprend de nombreuses questionsde style "vrai ou faux », où la
bonne réponse est en général indiquée. L"étudiant consciencieux travaillera la justification
de chacune de ces réponses. Rappelons que trouver la bonne réponse ne suffit pas en science, il faut aussi la justifier. Ces questions sont suivies d"une liste d"exercices dont certains sont traitées en travaux dirigés.4. La partie complément est réservée aux lecteurs curieux qui veulent en savoir plus, notam
ment sur l"histoire des notions abordées.PROGRAMME
Prérequis pour cette UE :Programme de mathématiques du lycée, Terminale S.Programme résumé :
A- Langage mathématique et notion de raisonnement. Éléments de logique : Logique de base, conjonction, disjonction, négation en termes de tables de vérité. Le sens de l"implication, de l"équivalence. Exemples de raisonnements : raisonnement direct, raisonnement par l"absurde, par dis jonction de cas, raisonnement par récurrence, avec des exemples tirés du secondaire. Vocabulaire de la théorie naïve des ensembles, ensemble, appartenance, complémentaire, intersection, réunion, inclusion, égalité, égalité de couples, de nuplets. Fonctions et applications : domaine de départ et d"arrivée, domaine de définition, graphe,
image directe, image réciproque, restriction, composition, injections, surjections, bijec tions, notion de cardinal dans le cas fini (factorielle, coefficients binômiaux). Utilisation des quantificateurs : sens de "quel que soit», "il existe», illustration sur la dé
finition de la limite d"une application, opérations élémentaires sur les limites (somme, produit, composition, la notion de limite sera approfondieau deuxième semestre). No tion d"effectivité dans un raisonnement d"existence (sur les exemples traités).B- Géométrie du plan et de l"espace
Géométrie vectorielle et affine : vecteurs, addition, multiplication par un scalaire, vec teurs colinéaires, vecteurs indépendants, représentation des vecteurs en coordonnées car tésiennes, représentations paramétriques et implicites de droites et de plans, Eléments de géométrie euclidienne : le produit scalaire etsa représentation en coordon
nées cartésiennes, cosinus d"un angle de deux vecteurs, bases orthonormées directes ouindirectes, produit vectoriel et sa représentation en coordonnées cartésiennes, définition
du produit mixte.10PROGRAMME
Détermination des coordonnées d"un point ou d"un vecteur dans un repère orthonormé. Projection d"un point et d"un vecteur de l"espace sur un plan, d"un vecteur du plan sur une droite.C- Les bases du calcul algébrique dansRetC
Manipulation des symbolessumetprodillustrée par les formules à connaître : identités
remarquables, formule du binôme de Newton, somme des premiers termes d"une suitearithmétique ou géométrique. Preuve d"identités par récurrence. Fonctions polynomiales.
Les nombres complexes : forme algébrique, addition, multiplication, conjugaison, norme, forme trigonométrique, interprétation géométrique des nombres complexes, les formules d"Euler et de Moivre (formules d"addition pour cos et sin), racines carrées d"un nombrequotesdbs_dbs2.pdfusesText_2