ALGÈBRE 1
10 CHAPITRE I GROUPES Exercice 1 11µ —Soit G le sous-groupe (de type fini) de GL2(Q) engendré par les matrices 2 0 0 1 ¶ et µ 1 1 0 1 ¶ Montrer que le sous-groupe de G qui consiste en les éléments de G dont les
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Cours d’algèbre Maths1 LMD Sciences et Techniques
cours Toutes les remarques et commentaires sont les bienvenus de la part des étudiants ainsi que de la part d’enseignants ou spécialistes en mathématiques ou utilisateurs de mathématiques Ces remarques et commentaires nous permettront certainement d’améliorer le contenu ainsi que la présentation de la version finale
Algèbre 1
cours sont enseignés au premier semestre, tandis qu’en France et en Allemagne les cours d’algèbre ne commencent qu’en deuxième année et reposent sur les cours d’algèbre linéaire Ne soyez pas choqués par ce fait (mais gardez-le à l’esprit quand vous regardez des livres– il vous faut aussi des livres sur l’algèbre linéaire)
ALGEBRE LINEAIRE Cours et exercices
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Cours Algebre et Analyse I`
Universite 8 Mai 1945 - Guelma´ Dr HITTA Amara Cours Algebre et Analyse I` Conformement aux programmes´ LMD : DEUG I–MI/ST– 2008/2009 Mathematiques et informatique´
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Universit´e 8 Mai 1945 - Guelma
Dr HITTA Amara
Cours Alg`ebre et Analyse I
Conform´ement aux programmes
LMD : DEUG I-MI/ST- 2008/2009
Math´ematiques et informatique
Exercices Corrig´es
Facult´e des Sciences et de l'Ing´enierie
1 Analyse, Alg`ebre I et exercices corrig´es e-mail : Hitta2@hotmail.fr 2Chapitre1
Th´eorie des Ensembles et relations
1.1 Op´erations sur les ensembles
D´efinition.Un ensembleFestinclusdans un ensembleE, lorsque tout ´el´ement deF appartient `aEet on ´ecritF?E. SiF?EetE?=F, l"inclusion est dite stricteou queFest une partie propredeEet on noteF?E. FE Lorsqu"il existe au moins un ´el´ement deFn"appartenant pas `aEalorsFn"est pas inclus dansEet on ´ecritF??E. D"autre part, deux ensemblesEetFsont ´egaux si et seulement si chacun est inclu dans l"autre, c"est `a dire :E=Fsi et seulement siE?FetF?E.
3 Analyse, Alg`ebre I et exercices corrig´es e-mail : Hitta2@hotmail.fr On admet, par ailleurs, l"existence d"un ensemble unique n"ayant aucun ´el´ement appel´e ensemble videet contenu dans n"importe quel ensemble. On le note∅. Les symboles? et?sont de nature diff´erente : ¬Le symbole?est une relation entre un ´el´ement et un ensemble;x?E. Le symbole?exprime l"inclusion d"un ensemble dans un autre;{x} ?E. +Exemple1.1.1On a{x?Z;x2= 1}={-1,+1} ?Z. D"autre part, 2?Npar contre{2} ?N. CommeZ?RetZ?=RalorsZ ? R. u Certains ensembles de r´ef´erence sont form´es par construction `a partir de l"ensemble des entiers naturelsN: L"ensembleZ, des entiers relatifs, est construit pour r´esoudre les ´equations de la formex+a=b, (a,b)?N2eta > b. La consid´eration de l"´equationax=b,aetb?Z?, nous conduit `a une extension deZpar l"ensembleQdes nombres rationnels :
En effet, un probl`eme aussi simple que la r´esolution de l"´equationxn=a,a?Q?+et n?N,n"admet pas de solutions en g´en´eral dansQ. Plus pr´ecis´ement, pourn= 2 : +Exemple1.1.2L"´equationx2= 2 n"admet pas de solutions dansQ.u Mais, on sait former deux suites de nombres de rationnels l"une croissante, not´ee (xn) :x1= 1,4, x2= 1,41, x3= 1,414,···et l"autre d´ecroissante, not´ee (yn) : y1= 1,5, y2= 1,42, y3= 1,415,···telles que 2-x2nety2n-2 soient aussi petits
qu"on le veut pournsuffisament grand avecx2n<2< y2n.Ces deux suites de nombres rationnels d´efinissent un meme nombre d´esign´e par⎷ 2.Reste `a montrer que
2n"est pas un nombre rationnel.
+Exemple1.1.3⎷2/?Q:Supposons qu"il s"ecrit sous forme rationnel c"est- `a-dire⎷2 =p/qo`upetqsont premiers entre eux, doncp2= 2q2, 2 divisepcar
petp2ont la meme parit´e. Il en r´esulte que 4 divisep2. Il existe alorsp?tel que p2= 4p?, d"o`uq2= 2p?c"est-`a-dire 2 divisepetqce qui contredit le fait qu"ils sont
premiers entre eux. De meme⎷2 +⎷3/?Qcar si⎷2 +⎷3 =rest rationnel,
alors⎷3 =⎷2 + (1/r) donc 3 = 2 + 2(1/r)⎷2 + (1/r2) et⎷2 serait rationnel.
Contradiction.
u 4 Analyse, Alg`ebre I et exercices corrig´es e-mail : Hitta2@hotmail.fr Un autre exemple int´eressant est `a signaler. Il s"agit du calcul de la circonf´erence Cd"un cercle de diam`etred?Q, qui n"est pas un ´el´ement deQc"est-`a-dire que C/d=π /?Q. De plusπ2/?Qcarπne peut etre solution d"aucune ´equation de la formex2=q,q?Q. En faitπne v´erifie aucune ´equation polynomiale `a cfficients rationnels de la formea0xn+a1xn-1+···+an-1x+an= 0 o`ua0?= 0 et a1,···,an?Q.
Un nombre v´erifiant une ´equation de la forme pr´ec´edente est dit . Dans le cas contraire, il est dit nombre transcendant: Les rationnels et les irrationnels forment l"ensembleR. +Exemple1.1.4Le nombreπest transcendant. Les nombres⎷3 et 4/5 sont des nombres alg´ebriques puisqu"ils sont solutions respectives des ´equationsx2-3 = 0 et 5x-4 = 0. Le nombre⎷2 +⎷3 est un nombre alg´ebrique car il est solution de
x4-10x2+ 1 = 0.
uIl existe, par ailleurs, un proc´ed´e du au Math´ematicienAllemand R. Dedekind, utilis´e
pour passer des nombres rationnels aux nombres r´eels. C"est la notion de coupuredans l"ensembleQ. On construit, enfin, l"ensembleCdes nombres complexes, pour donner un sens aux racinesdes ´equations du second degr´e dont le d´escriminant est n´egatif et qui n"ont pas, de ce fait,
de solutions dansR. En r´ecapitulant, on a les inclusions suivantesN?Z?Q?R?C.
A partir d"un ensembleE, on peut ´edicter certaines r`egles permettant de construire de nouveaux ensembles. Ainsi, on peut classer tous les ´el´ements deEen sous-ensembles.Cette op´eration s"appelle
partitionde l"ensembleE. On forme un nouveau ensemble appel´e ensemble des partiesdeE, not´eP(E), caract´eris´e par la relation suivante :A?P(E) si et seulementA?E.
L"ensembleP(E) n"est pas vide, car il contient au moinsEet l"ensemble vide. 5 Analyse, Alg`ebre I et exercices corrig´es e-mail : Hitta2@hotmail.frR´eunion et intersection de deux ensembles:
AB On appeller´eunionde deux ensemblesAetB, not´e A?B, l"ensemble form´e des ´el´ementsxappartenant `aAouBc"est-`a-direx?A?Bsi et seulemet six?A
ou (inclusif)x?B.On appelle
intersectionde deux ensemblesAetB, not´eA∩B, l"ensemble form´e des ´el´ementsxappartenant `aAetBc"est-`a-direx?A∩Bsi et seulement six?A
etx?B. [Partie commune hachur´ee et colori´ee]. Deux ensembles sont ditsdisjointssi leur intersection est ´egale `a l"ensemble vide. Deux propositions sont dites contradictoiressi l"une des deux est vraie et les deux ne sont pas vraies en meme temps (ou exclusif). +Exemple1.1.5Dans l"ensembleN, on aD(24)?D(16) ={1,2,3,4,6,8,12,16,24} etD(24)∩D(16) ={1,2,3,4,8}. Par contre les sous-ensemblesD(7) etD(16) sont disjoints. uLes propri´et´es essentielles qui relient l"intersectionet la r´eunion sont r´esum´ees dans les
deux propositions qui suivent. Proposition1.1.1SoientA,BetCtrois parties deE, on a :