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Chapitre1
Ensemblesdenombres
Enmat hmatiquesnoussommesconfrontsdiffrentsensembles.Lesplus simplesdÕent res euxsont desensemblesdeno mbres.N ousallonstudiscerta inespropri tsdecesderniersdans cech apitre.1.1Intr oduction
Certainsnombresapparai ssentnaturellementda nsleviedetouslesjo urs(notamme ntlorsquÕilsÕagitdednombr erdesq uantitsdiversesetvaries).P ourtantlaconst ructionh istorique(dÕun
pointdevuema thmat ique)dece sensemblesnÕestpasforcmentcelle quelÕonim agine.Voici quelquesmotscesujet : ¥Lesno mbresentierssontconnus depuisEuclide(env iron300av.J.C. ),lanotationN ¥Lesn ombresentiersrelatifs( possdantventuell ementunsigneÇffÈ)appa raissentdansdes textesdumathm aticien sindienårybhata(476ff550):i lsp ermettentd etraiterlanotion dede ttesetderecettes .Cesnom bres sontgalementprsentsdanslescritsduperseAbu I-Wafa(940ff998);enrev anche,i lfautattendrelestravauxde Stevin (1548ff1620)pou r quÕilsapparaise ntenEurope.Laconstructionformell edecetteensembl eestdenouveau obtenueparDedekind( 1831ff1916)e tlanotat ionZ(dumota llemandZahlensigniÞant ¥Lano tiondefractionestdj prsent edansdespapyrusgyptiens(notammen tlepapyrus Rhinddatantdeff1650av .J.C.)mais leurvritablecons tructionmath matiqueda tedes travauxdePeanoen18 95;ilc hoisitlalettreQ(delÕi talienquozientesigniÞantquotient) pourdsig nerdetelsnombres.¥Certainsnombrescommeffou
CantoretDedekind .
78CHAPITRE1.ENSEMBL ESDENO MBRES
1.2Nombr esentiers
Lesno mbreslesplussimples manipu lersontlesnom bresentiers. DÞnition1.2.1.1.LÕe nsembleNdsignelÕensemble desentierspositifs.Autrementdit,N={0,1;2 ,...;100;...;}
2.L ÕensembledesentiersrelatifsZdsignelÕensemblede snombresentiers.Autrementdit,
Remarque.Enpart iculier,N#Zcecisi gniÞequetousleslmentsde Nsontgale mentdeslments
propritsdecesdeuxensemblesplus tar ddanslÕanne .1.3Nomb resfractionnaires
DÕautresnombresappara issentnaturellementd anslaviedetouslesjou rs,ilsÕag itdesnombres fractionnaires.Cesdernierssontobtenuslorsq uedesprop ortionsdÕunquant itdonneestm iseen jeu(le tiersdÕun gteau,unedemi- heure,etc). Cesensemblescon tiennentlesensemblesdÕentiers introduitsplustt.VoicilÕundÕe ntreeux. DÞnition1.3.1.LÕensembledesnombresdcimau xDestcomp osdenombresdelaforme a 10 n aveca$Z,n$NExemple1.3.1.1.ff1$Dcarff1=
a 10 n aveca=ff1$Zetn=0$N.2.20,3$Dcar20,3=
a 10 aveca=203$Z. Iles timportan tdÕobserverquetoutnombred cimaladmetundveloppementdcimalavecun Exemple1.3.2.Voiciquelque sexemplesillustrantcett eproprit: 1 2 =0,5;ff 3 25=ff0,12; 217
125
=1,736 DÞnition1.3.2.LÕensembledesnombresrationn elsQestcom posdenombredelaforme a b aveca$Z,b$Z ff
1.3.NOM BRESFRACTIONNAIRES9
Remarque.Enpart iculierD#Q.Pourcela,ilsu"tdÕobserverquetouslmentsdeDsÕcritdela faonsuivante a 10 n a b avecb=10 n $Z ffQuelquesexemplesdenomb resrationels.
a b aveca=107$Zet b=22$Z ff 2. 1 3 =0,33333...$Qcar 1 3 a b aveca=1$Zetb=3$Z ff Remarque.Iles tpossible demontrerquetouslment sdeQpeuventsÕcrireave cunnombreÞni indÞniment. Iles talorsnat ureldesÕinterr ogersurlefaitsuivant: 1 3 =0,3333333... sÕagitdÕunlmen tdeQmaissepou rrait- ilque 1 3 $D?Commenousallo nslevoir
1 3 DÞnition1.3.3.Touslesno mbresdivi siblespar3peuventsÕcriredel afaonsuivante:3aaveca$Z(1.3.1)
Exemple1.3.4.Ils u"tdeprendrequelquesexemplespoursÕenconvaincre:3=3%1,27=3%9,....Enrevanche,5 nÕe stpasdivisiblepar3caril nÕe stpaspossibledÕexprimer5souslaforme
5=3aaveca$Z(ici,ilestes sentiel queasoitunenti errela tif).
composeestdivisibl epar3. Exemple1.3.5.Parexem ple,27estdivisiblepar3c ar2+7= 9estdivis iblepar3;25nÕestpas divisiblepar3car3nedivisepa s2+5= 7. Nouspouvon sprsentnousattaquera ur sultatsuivant.Proposition2.
1 3 $Qmais 1 3 /$D.10CHAPITRE1.ENSEMBLE SDENOM BRES
Dmonstration.Ladm onstrationdececisefaitparlÕabsurde:nousallonssupposerle contrairedece quenousso uhaitonsd montre r(i.e. 1 3 $D)aÞndÕaboutirunecontradiction .Supposonsdonc,parlÕabsur de,que
1 3 existea$Zetn$Ntelque 1 3 a 10 n Nousallons voirquecetteidentitv anousamener unecontradiction.Pourcela,ilsu"tdÕobserver quecett eidentitpeutsÕ criresouslaforme 10 n =3a.Ainsi,10
n estunmu ltiple de3(pardÞnition,cf.1.3.1),ce ciestabsurd ecarlasom medeschiffres composant10 n (cenom brenÕestriendÕautre que1suivitdenzros)vaut1qu inÕestpasdivi sib le par3(c f.pr oposition1)1.4Nombr esrels
VoyonsenÞnunder nierensemble ,plus grandencore:celuidesnombresrels.Intuitivement, ilco ntienttouslesnombresqu enouspouvons renco ntrerdanslaviedetouslesjours.Ilestdonccomposdetouslesenti ers,det outeslesfracti onsmai sausside tousle sautresnombr esquÕiln Õest
pasposs ibledÕexprimersouslaform edÕunefractionoudÕunnombreentier( certainsracinescarr es
parexe mple). DÞnition1.4.1.LÕensembledesnombresrelsRestcomp osdetouslesnombresusuels:R={...,ff;
2;ff4;
457 ;0,234;4372...} Remarque.1.Il estsouv entutiled ereprsentercetense mbledenombregraphiquementlÕaide
dÕunedroit egradue.Danscecas ,ilestalorspossibl edÕassocierunnombre re ltout point
Mdece ttedroitegradue. Cenombreestappela bscissedupointM.2.Ob servonsgalementquelenombre
alorsnature ldesedemandersi 2$Q. CommenouslÕav onsfaitremar querplustt,lesinclu sionssuivantessontvriÞesN#Z#D#Q#R
Ile xisteencoredenombr euxensemblesenmat hmati quesmaisilfaudrapatienterencorepourlestudier.
Pythagoretaientp ersuadsquetouteslongue urspouvanttredes sinerdevaitaussisÕcrire comme
unnom brerationnel(i. e.unefraction a b $Q).Il sfurentbi enennuyfacelÕhy potnusedÕun2etcommenousallonslevoir
2/$Q.CeciseratraitdansunD.M.
1.5.ENCA DREMENTPARDESNOMBRESDCIMAUX11
Proposition3.
2/$Q. Dmonstration.Cf.D.M. (donndansle chapitredÕarithm tique)1.5Encad rementpardesnombresdcimaux
IlnÕ estpaspossibled Õcrire
iles talorspra tiquedetrouve runencadrementdecelui- cilÕaidedenomb resdc imaux(quisont plussim plesmanipuler). DÞnition1.5.1.Unenc adrementdcimaldÕunnombrere lxestunei ngalitdela forme d 1 &x&d 2 avecd 1 ,d 2 $D.Ladi ffrenced
2 ffd 1 correspondlÕamplitudedelÕe ncad rement.Exemple1.5.1.Iles tvidentq ue1,4<
2<1,5estunencadrementde
2dÕamplitude
1,5ff1,4=0,1=10
"1 virgule. DÞnition1.5.2.Soitx$Retc onsidronsunencadrementdexdÕamplitude10 "n i.e.d 1 &x&d 2 avecd 1 ,d 2 $Detd 2 ffd 1 =10 "n pourn$N. LÕundeces deuxno mbresestp lusprochede xquelÕaut re,ilsÕagitdelÕarrond i10 "n dex.Exemple1.5.2.
Sin=3,nousavons1,414&
2vaut1,414.
12CHAPITRE1.ENSEMBLE SDENOM BRES
1.6Sous -ensemblesdeR
Iles tparfois utiledÕtudierdessous -ensemblesdeR,cÕestdireunecollectiondenombrerels.
1.6.1Lesint ervalles
Lorsquenoustudieron sdesfonctions, nousauronsconsidrerdesso us-ensem blesparticuliers deRappelsintervalles.IlpeutsÕagirdesegment,dedemi-droiteouencoredeladroitedesr elsDbutonsparlessegment s:
Voyonsprsentl eca sdesdemi-droites:
Remarque.1.Il fautpren dregardedansqu elsenslessymbol es[et] sontplacs.Silecrochetesttou rnversÇlÕinterieurÈ, celasigniÞe qu elÕextrmitdusegment(oudelademi-droite)
faitpartid elÕensembleenq uestio n;aucontraire,silecrochetestto urnversÇ lÕextrieurÈ,
celasign iÞequelÕextrmitdusegm ent(oudela demi-droite)est exclue.