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Mathématiques pour l"informatique

Christophe GUYEUXet Jean-François COUCHOT

18 janvier 2019

Table des matières

I Théorie des ensembles

10

1 Introduction à la théorie des ensembles

11

I Rappels de théorie des ensembles

11

I.1 Notion première d"ensemble

11

I.2 Règles de fonctionnement

11

I.3 Sous-ensembles, ensemble des parties

12

I.4 Représentation graphique

13

I.5 Exercices

14

II Opérations sur les ensembles

14

II.1 Égalite de deux ensembles

14

II.2 Réunion, intersection

14

II.3 Complémentation

15

II.4 Produit cartésien

16

III Exercices

16

III.1 Ensembles de base

16

III.2 La différence symétrique

16

III.3 Généraux

17

2 Relations binaires entre ensembles

19

I Relations

19

II Application d"un ensemble dans un autre

20

II.1 Application et relation fonctionnelle

20

II.2 Image et antécédent d"un élément

20

II.3 Applications injectives

21

II.4 Applications surjectives

22

II.5 Image d"un ensemble par une application

22

II.6 Applications bijectives

23

III Cardinal et puissance d"un ensemble

23

III.1 Cas des ensembles finis

24

III.2 Cas des ensembles infinis

24

III.3 Puissance d"un ensemble infini

24

IV Relations d"ordre

25
IV.1 Réflexivité, antisymétrie, transitivité 25

IV.2 Relation d"ordre

26

IV.3 Ordre partiel, ordre total

27

IV.4 Éléments maximaux

28

IV.5 Treillis

30

V Relations d"équivalence

31

V.1 Classes d"équivalence

32

V.2 Ensemble-quotient

33
VI Compatibilité entre une opération et une relation binaire 33
1

3 Relationsn-aires35

I Définitions

35

I.1 Relations orientées et non orientées

35
I.2 Relations équivalentes, relations égales 36

I.3 Interprétation fonctionnelle

37

I.4 SGBD

37

II Projections

37

II.1 Définitions

37

II.2 Théorème des projections

37

III Opérations sur les relationsn-aires. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

III.1 Somme et produit

38

III.2 Réunion et intersection

39

III.3 Produit cartésien

39
IV Sélection d"une relationn-aire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

V Dépendances fonctionnelles et clés

39

V.1 Dépendances fonctionnelles

39
V.2 Théorème des dépendances fonctionnelles 40

V.3 Clés

41

II Arithmétique

42

4 Ensembles de nombres entiers

43

I Principe de récurrence

43

II Nombres premiers

44

III Algorithmes d"Euclide et applications

45
IV Division euclidienne dansZet applications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

V Théorème de Bézout

47

V.1 Algorithme d"Euclide généralisé

47

V.2 L"algorithme.

48

V.3 Exemple.

48
VI Arithmétique modulon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49

VII Représentation des nombres entiers

52

VIII Arithmétique en informatique

53

VIII.1 Division entière

53
VIII.2 Arithmétique modulo2n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53

5 Représentation des nombres réels en machine

56

I Introduction

56

II Les formats IEEE

56

II.1 La norme IEEE 754

56

II.2 Format "single»

57

II.3 Format "double»

57

II.4 Format "extended»

58

II.5 D"une manière générale...

58

II.6 Format "extended» des microprocesseurs.

59

III Réels représentables et précision

60
2

6 Cryptologie et arithmétique.62

I Méthodes de cryptage "à clé publique» 62

I.1 Principe

62

I.2 Utilisation de l"indicatrice d"Euler

63

II Choix d"un nombre n

64

II.1 Nombres premiers

64

II.2 Décomposition en facteurs premiers

64

7 Tests de primalité

66

I Théorème de Fermat

66

II Test de Miller-Rabin

66

III Tests de Lucas, Selfridge et Pocklington

67

8 Décomposition en facteurs premiers

68

I Divisions successives

68

II Algorithme de Monte-Carlo (1975)

68

II.1 Présentation

68

II.2 L"algorithme

69

II.3 Discussion

70
III Algorithme du crible quadratique QS de Pomerance 70
IV Algorithme(p-1)de Pollard. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

V Algorithme de Lenstra (courbes elliptiques)

72

V.1 Introduction aux courbes elliptiques

72

V.2 Algorithme de Lenstra

72

III Logique

73

9 Algèbre de Boole

74

I Propriétés générales

74
II Règles de calcul dans une algèbre de Boole 75

III Fonctions booléennes

76

III.1 Définitions

76

III.2 Fonctions booléennes élémentaires

77

III.3 Correspondance entre maxtermes et mintermes

78
III.4 Principaux résultats concernant mintermes et maxtermes 78
III.5 Formes canoniques d"une fonction booléenne 79

IV Diagrammes de Karnaugh

81

V Résolution d"équations booléennes

84

VI Méthode des consensus

85

10 Calcul propositionnel

91

I Les fondements de la logique des propositions

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