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Mathématiques pour l"informatique
Christophe GUYEUXet Jean-François COUCHOT
18 janvier 2019
Table des matières
I Théorie des ensembles
101 Introduction à la théorie des ensembles
11I Rappels de théorie des ensembles
11I.1 Notion première d"ensemble
11I.2 Règles de fonctionnement
11I.3 Sous-ensembles, ensemble des parties
12I.4 Représentation graphique
13I.5 Exercices
14II Opérations sur les ensembles
14II.1 Égalite de deux ensembles
14II.2 Réunion, intersection
14II.3 Complémentation
15II.4 Produit cartésien
16III Exercices
16III.1 Ensembles de base
16III.2 La différence symétrique
16III.3 Généraux
172 Relations binaires entre ensembles
19I Relations
19II Application d"un ensemble dans un autre
20II.1 Application et relation fonctionnelle
20II.2 Image et antécédent d"un élément
20II.3 Applications injectives
21II.4 Applications surjectives
22II.5 Image d"un ensemble par une application
22II.6 Applications bijectives
23III Cardinal et puissance d"un ensemble
23III.1 Cas des ensembles finis
24III.2 Cas des ensembles infinis
24III.3 Puissance d"un ensemble infini
24IV Relations d"ordre
25IV.1 Réflexivité, antisymétrie, transitivité 25
IV.2 Relation d"ordre
26IV.3 Ordre partiel, ordre total
27IV.4 Éléments maximaux
28IV.5 Treillis
30V Relations d"équivalence
31V.1 Classes d"équivalence
32V.2 Ensemble-quotient
33VI Compatibilité entre une opération et une relation binaire 33
1
3 Relationsn-aires35
I Définitions
35I.1 Relations orientées et non orientées
35I.2 Relations équivalentes, relations égales 36
I.3 Interprétation fonctionnelle
37I.4 SGBD
37II Projections
37II.1 Définitions
37II.2 Théorème des projections
37III Opérations sur les relationsn-aires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
III.1 Somme et produit
38III.2 Réunion et intersection
39III.3 Produit cartésien
39IV Sélection d"une relationn-aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
V Dépendances fonctionnelles et clés
39V.1 Dépendances fonctionnelles
39V.2 Théorème des dépendances fonctionnelles 40
V.3 Clés
41II Arithmétique
424 Ensembles de nombres entiers
43I Principe de récurrence
43II Nombres premiers
44III Algorithmes d"Euclide et applications
45IV Division euclidienne dansZet applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
V Théorème de Bézout
47V.1 Algorithme d"Euclide généralisé
47V.2 L"algorithme.
48V.3 Exemple.
48VI Arithmétique modulon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49
VII Représentation des nombres entiers
52VIII Arithmétique en informatique
53VIII.1 Division entière
53VIII.2 Arithmétique modulo2n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
5 Représentation des nombres réels en machine
56I Introduction
56II Les formats IEEE
56II.1 La norme IEEE 754
56II.2 Format "single»
57II.3 Format "double»
57II.4 Format "extended»
58II.5 D"une manière générale...
58II.6 Format "extended» des microprocesseurs.
59III Réels représentables et précision
602
6 Cryptologie et arithmétique.62
I Méthodes de cryptage "à clé publique» 62I.1 Principe
62I.2 Utilisation de l"indicatrice d"Euler
63II Choix d"un nombre n
64II.1 Nombres premiers
64II.2 Décomposition en facteurs premiers
647 Tests de primalité
66I Théorème de Fermat
66II Test de Miller-Rabin
66III Tests de Lucas, Selfridge et Pocklington
678 Décomposition en facteurs premiers
68I Divisions successives
68II Algorithme de Monte-Carlo (1975)
68II.1 Présentation
68II.2 L"algorithme
69II.3 Discussion
70III Algorithme du crible quadratique QS de Pomerance 70
IV Algorithme(p-1)de Pollard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
V Algorithme de Lenstra (courbes elliptiques)
72V.1 Introduction aux courbes elliptiques
72V.2 Algorithme de Lenstra
72III Logique
739 Algèbre de Boole
74I Propriétés générales
74II Règles de calcul dans une algèbre de Boole 75
III Fonctions booléennes
76III.1 Définitions
76III.2 Fonctions booléennes élémentaires
77III.3 Correspondance entre maxtermes et mintermes
78III.4 Principaux résultats concernant mintermes et maxtermes 78
III.5 Formes canoniques d"une fonction booléenne 79