CALCULS ALGEBRIQUES A MODES DE RAISONNEMENT

Documents pareils
Baccalauréat S Asie 19 juin 2014 Corrigé

16.1 Convergence simple et convergence uniforme. une suite de fonctions de I dans R ou C.

INTENTION LES PROCESSUS MATHÉMATIQUES

1 Mesure et intégrale

La spirale de Théodore bis, et la suite «somme=produit».

Déroulement de l épreuve de mathématiques

Solutions particulières d une équation différentielle...

Etude de la fonction ζ de Riemann

Limites des Suites numériques

[ édité le 10 juillet 2014 Enoncés 1. Exercice 6 [ ] [correction] Si n est un entier 2, le rationnel H n =

EXERCICES : DÉNOMBREMENT

SÉRIES STATISTIQUES À DEUX VARIABLES

x +1 + ln. Donner la valeur exacte affichée par cet algorithme lorsque l utilisateur entre la valeur n =3.

Chapitre 3 : Fonctions d une variable réelle (1)

. (b) Si (u n ) est une suite géométrique de raison q, q 1, on obtient : N N, S N = 1 qn+1. n+1 1 S N = 1 1

Exo7. Déterminants. = 4(b + c)(c + a)(a + b). c + a c + b 2c Correction. b + a 2b b + c. Exercice 2 ** X a b c a X c b b c X a c b a X

Module 2 : Déterminant d une matrice

Comportement d'une suite

Les Nombres Parfaits.

Séries réelles ou complexes

Groupe orthogonal d'un espace vectoriel euclidien de dimension 2, de dimension 3

Intégrales généralisées

Processus et martingales en temps continu

20. Algorithmique & Mathématiques

Exercice I ( non spé ) 1/ u 1 = u / Soit P la propriété : u n + 4. > 0 pour n 1. P est vraie au rang 1 car u 1

Correction de l épreuve CCP 2001 PSI Maths 2 PREMIÈRE PARTIE ) (

Dénombrement. Introduction. 1 Cardinaux d'ensembles nis. ECE3 Lycée Carnot. 12 novembre Quelques dénitions

Dénombrement. Chapitre Enoncés des exercices

Intégration et probabilités ENS Paris, TD (20)13 Lois des grands nombres, théorème central limite. Corrigé :

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Séquence 5. La fonction logarithme népérien. Sommaire

Polynésie Septembre Exercice On peut traiter la question 4 sans avoir traité les questions précédentes.

Convergences 2/2 - le théorème du point fixe - Page 1 sur 9

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

CHAPITRE 2 SÉRIES ENTIÈRES

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

Module 3 : Inversion de matrices

2 ième partie : MATHÉMATIQUES FINANCIÈRES

FEUILLE D EXERCICES 17 - PROBABILITÉS SUR UN UNIVERS FINI

II LES PROPRIETES DES ESTIMATEURS MCO 1. Rappel : M1 LA REGRESSION : HYPOTHESES ET TESTS Avril 2009

A11 : La représentation chaînée (1ère partie)

capital en fin d'année 1 C 0 + T C 0 = C 0 (1 + T) = C 0 r en posant r = 1 + T 2 C 0 r + C 0 r T = C 0 r (1 + T) = C 0 r 2 3 C 0 r 3...

Chap. 5 : Les intérêts (Les calculs financiers)

Synthèse de cours (Terminale S) Calcul intégral

Suites et séries de fonctions

STATISTIQUE : TESTS D HYPOTHESES

LICENCE DE MATHÉMATIQUES DEUXIÈME ANNÉE. Unité d enseignement LCMA 4U11 ANALYSE 3. Françoise GEANDIER

LES ÉCLIPSES. Éclipser signifie «cacher». Vus depuis la Terre, deux corps célestes peuvent être éclipsés : la Lune et le Soleil.

Calculer comment se constituer un capitale ; Calculer comment rembourser une dette en effectuant des versements réguliers.

/HVV\VWqPHVFRPELQDWRLUHV

PROBLEMES DIOPTIMISATION EN NOMBRES ENTIERS J. L. NICOLAS

ANALYSE NUMERIQUE NON-LINEAIRE

semestre 3 des Licences MISM annnée universitaire

Probabilités et statistique pour le CAPES

Statistique descriptive bidimensionnelle

Cours de Statistiques inférentielles

Tout ce qu il faut savoir en math

Chap. 6 : Les principaux crédits de trésorerie et leur comptabilisation

4 Approximation des fonctions

Exercices de mathématiques

14 Chapitre 14. Théorème du point fixe

LANGAGES - GRAMMAIRES - AUTOMATES

Chap. 6 : Les principaux crédits de trésorerie et leur comptabilisation

STATISTIQUE AVANCÉE : MÉTHODES

Théorème de Poincaré - Formule de Green-Riemann

Statistiques appliquées à la gestion Cours d analyse de donnés Master 1

Des résultats d irrationalité pour deux fonctions particulières

STI2D Logique binaire SIN. L' Algèbre de BOOLE

Deuxième partie : LES CONTRATS D ASSURANCE VIE CLASSIQUES

a g c d n d e s e s m b

Cours d Analyse IV Suites et Séries de fonctions

Université Paris-Dauphine DUMI2E. UFR Mathématiques de la décision. Notes de cours. Analyse 2. Filippo SANTAMBROGIO

Algorithmes sur les mots (séquences)

Sciences Industrielles Précision des systèmes asservis Papanicola Robert Lycée Jacques Amyot

PROMENADE ALÉATOIRE : Chaînes de Markov et martingales

COURS D ANALYSE. Licence d Informatique, première. Laurent Michel

Influence du milieu d étude sur l activité (suite) Inhibition et activation

LE PRINCIPE DU RAISONNEMENT PAR RÉCURRENCE

Université de Bordeaux - Master MIMSE - 2ème année. Scoring. Marie Chavent machaven/

ANALYSE : FONCTIONS D UNE VARIABLE RÉELLE

DETERMINANTS. a b et a'

Chaînes de Markov. Arthur Charpentier

Chapitre 1 : Fonctions analytiques - introduction

Un nouvel opérateur de fusion adaptatif. A new adaptive operator of fusion. 1. introduction

Licence M.A.S.S. Cours d Analyse S4

Chapitre VI Contraintes holonomiques

Introduction : Mesures et espaces de probabilités

Chapitre 11 : L inductance

Université Pierre et Marie Curie. Biostatistique PACES - UE

Régulation analogique industrielle ESTF- G.Thermique

UNIVERSITE MONTESQUIEU BORDEAUX IV. Année universitaire Semestre 2. Prévisions Financières. Travaux Dirigés - Séances n 4

Cours 5 : ESTIMATION PONCTUELLE

55 - EXEMPLES D UTILISATION DU TABLEUR.

TRANSFERT DE CHARGE DANS UN RÉSEAU DE PROCESSEURS TOTALEMENT CONNECTÉS (*) par Maryse BÉGUIN ( 1 )

UV SQ 20. Automne Responsable d Rémy Garandel ( m.-el. remy.garandel@utbm.fr ) page 1

Les algorithmes de tri

Les nouveaux relevés de compte

Réseaux d ondelettes et réseaux de neurones pour la modélisation statique et dynamique de processus

Consolidation. C r é e r un nouveau classeur. Créer un groupe de travail. Saisir des données dans un groupe

Processus géométrique généralisé et applications en fiabilité

Transcription:

CALCULS ALGEBRIQUES A MODES DE RAISONNEMENT O présete ds ce chpitre, les modes de risoemet usuels Ds l suite le terme de propositio, ou ssertio, désige u éocé mthémtique qui peut predre 2 vleurs : Vri ou Fux I) Risoemet pr l'bsurde O veut motrer qu'ue propositio P est vrie Le risoemet pr l'bsurde cosiste à supposer que l propositio P est fusse et trouver ue cotrdictio vec des résultts obteus Exemple : O veut motrer qu'il 'y ps d'etier turel plus grd que les utres Supposos pr l'bsurde qu'il existe u etier turel N plus grd que les utres L somme de deux etiers turels étt u etier turel, N + 1 est u etier turel Mis comme 1>0, o N+1 > N Aisi, N 'est ps plus grd que tous les etiers turels : Cotrdictio Aussi, il 'y ps d'etier turel plus grd que tous les utres II) Risoemet pr cotrpositio O deux propositios P et Q O veut motrer l'implictio P Q, c'est-àdire " si P est vrie lors Q est vrie" Le risoemet pr cotrpositio cosiste à costter que P Q est équivlete à l propositio "si Q est fusse, lors P est fusse" Attetio à e ps cofodre cotrpositio et bsurde Exemple : Soit u etier turel O veut motrer " 2 pir pir" L cotrpositio ffirme : " impir 2 est impir" Preos doc u etier impir Il s'écrit sous l forme = 2 k + 1 vec k u etier turel Mis lors 2 = 4 k 2 + 4 k + 1 = 4 k (k + 1) +1 est impir III) Risoemet pr lyse-sythèse O cosidère u problème O veut détermier les solutios de ce probleme Le pricipe de cette démostrtio s'effectue e deux phses : phse d'lyse O suppose le problême résolu, et o trouve des coditios écessires sur les solutios phse de sythèse O repred les coditios écessires obteues ds l'lyse, et o vérifie qu'elles sot suffistes pour résoudre le problême Exemple : Motrer que toute foctio de vers s'écrit comme somme d'ue foctio pire et d'ue foctio impire Soit f cette foctio Alyse : Si f = f 1 + f 2 vec f 1 pire et f 2 impire Alors : xi, f( x) = f 1 (x) f 2 (x) cr f 1 pire et f 2 impire Aisi : xi, f 1 (x) = 1 (f(x) + f( x)) et f 2(x) = 1 (f(x) f( x)) 2 2 Sythèse : Soit f 1 et f 2 les foctios défiies sur I pr : xi, f 1 (x) = 1 2 (f(x) + f( x)) et f 2(x) = 1 2 (f(x) f( x)) O vérifie isémet que : f = f 1 + f 2, que f 1 est pire et que f 2 est impire

IV) Risoemet pr récurrece O suppose coues les opértios élémetires sur De l'xiomtique de PEANO, il ressort les xiomes et propriétés (dmises) suivtes : u plus petit élémet : 0 mis ps de plus grd élémet Toute prtie o vide de u plus petit élémet Toute prtie o vide et mjorée de u plus grd élémet Théorème : Pricipe de récurrece Soit P() ue propositio portt sur u etier Soit 0 Si P vérifie : P( 0 ) est vrie (iitilistio) 0, P() vrie P(+1) vrie (hérédité) Alors 0, P() vrie Dem: Soit A = { 0, P() fusse } Supposos pr l'bsurde que A soit o vide A est lors ue prtie o vide de Doc d'près ue des propriétés fodmetles de, A dmet u plus petit élémet que l'o ote O : A Comme A, 0 Or P( 0 ) est vrie (iitilistio) doc 0 Aisi > 0 Mis lors 1 est u etier supérieur ou égl à 0 et -1 e peut ps pprteir à A cr le plus petit élémet de A est Aussi P( 1) est vrie Mis lors o 1 0 et P( 1) est vrie ( ) doc d'près le propriété d'hérédité, P() doit églemet être vrie E prticulier A O obtiet à l fois ue propriété ( A) et so cotrire : Impossible Doc l'hypothèse iitile est fusse : A est vide, ie, 0, P() vrie Théorème : Récurrece forte (ou vec prédécesseurs) Soit P() ue propositio portt sur u etier Soit 0 Si P vérifie : P( 0 ) est vrie 0, (k{ 0,,}, P(k) vrie) P(+1) vrie Alors 0, P() vrie Dem: Même que précédemmet si ce 'est que l'o chge l lige pr : o -1 0 et k { 0,,-1} P(k) est vrie Exercice: Motrer le pricipe de récurrece double : Si P(1) et P(2) vries et si 1, (P() et P(+1) vries) P(+2) vrie, lors 1, P() vrie

B SOMMES ET PRODUITS I) Somme et produit O cosidère u esemble fii o vide I et ( ) ii ue fmille de ombres réels ou complexes O ote : ii ii l somme de tous les termes de cette fmille fiie le produit de tous les termes de cette fmille fiie Ds le cs prticulier où I = et o doc i = 1 = 1 2 i = 1 1,, o ote l somme sous l forme i = 1 = 1 + 2 + + et le produit et o doc i = 1 Plus géérlemet, lorsque I = m, vec m et deux etiers tels que m, o = m + m+1 + + et Pr covetio, o pose que si I est vide, = m m+1 ii = 0 et ii = 1 Remrque : Ds toutes les sommes ci-dessus, l vrible utilisée, ici i, est dite "muette" cr elle peut être remplcée pr toute utre vrible utre que celles itervet pour détermier les bores Propositio : Règles de clculs pour les sommes ) Soit I u esemble fii Soit ( ) ii et (b i ) ii deux fmilles de ombres réels ou complexes et u ombre réel ou complexe Alors i + b i = + b i et i = ii ii ii ii ii b) Soit I et J deux esembles fiis et disjoits Soit ( ) ii et ( ) ij Alors ii + ij = i I J

Propositio : Règles de clculs pour les produits ) Soit I u esemble fii Soit ( ) ii et (b i ) ii deux fmilles de ombres réels ou complexes et u ombre réel ou complexe Alors i b i = b i et i = p où p est le ombre ii ii ii ii ii d'élémets de I b) Soit I et J deux esembles fiis et disjoits Soit ( ) ii et ( ) ij Alors ii ij = i I J Remrque : Sommes et produits télescopiques Les propositios précédetes, permettet de simplifer certies sommes clssiques (et certis produits) dites télescopiques O isi : II) Sommes usuelles i+1 = +1 m et +1 = +1 Propositio : Somme des premiers termes d'ue suite rithmétique ) Soit (u ) N ue suite rithmétique Alors, si p et m sot deux etiers tels que m p m, u i = u p + u m 2 i = p b) E prticulier : k = m m (m p + 1) ( + 1) 2 m (moyee des deux extrèmes ombre de termes) Dem: O costte que u i = u p+mi Mis pour tout i, u p+mi + u i = u p + u m cr l suite est i = p i = p rithmètique O e déduit le résultt océ Propositio : Somme des premiers crrés, des premiers cubes k 2 = ( + 1) (2 + 1) 6 et k 3 = 2 ( + 1) 2 Dem: O peut procéder pr récurrece, ou e utilist les sommes télescopiques ssociées ux fmilles de termes (k + 1) 3 k 3 et (k + 1) 4 k 4 4

Propositio : Somme des premiers termes d'ue suite géométrique ) Soit (u ) N ue suite géométrique de riso q 1 Alors, si p et m sot deux etiers tels que p m, u i = u m 1 q m + 1 m i = p b) E prticulier : si q 1, 1 q q q + 1 1 q Dem: Si S est l somme recherchée, o simplifie l différece q S S, qui peut s'exprimer comme ue somme télescopique Idetité remrquble Propriété : Soit (,b)c 2 et Alors : +1 b +1 = ( b) Dem: O développe le produit ( b) O : ( b) k b k = k b k De même o : +1 b +1 = k b k = k b k b k k b k ( b) b k = k+1 k b k ( b) b k k b +1 k = +1 b +1 III) Sommes doubles O cosidère deux esembles fiis I et J et (,j ) (i,j)ij ue fmille de ombres réels ou complexes O ote :,j l somme de tous les termes de cette fmille (i,j)ij E prticulier, si I = m, et J = tels que m et p q, l somme double est otée : (i,j)ij p, q vec m,, p et q qutre etiers,j = m i p j q Propositio : Iterversio du sige pour ue somme idexée sur u rectgle Soit I = m, et J = complexes Alors m i p j q i,j p, q et (,j ) (i,j)ij ue fmille de ombres réels ou i,j = q j = p q i,j = j = p i,j Dem: O écrit les termes ds u tbleu et o effectue les sommes sur les liges et sur les coloes Puis o écrit que l somme totle est soit l somme de toutes les sommes prtielles sur les liges soit l somme de toutes les sommes prtielles sur les coloes

Propositio : Produit de deux sommes fiies Soit I = m, et J = réels ou complexes Alors p, q et ( ) ii et (b j ) jj deux fmilles de ombres i q j = p Dem: O pplique le résultt précédet à l fmille ( b j ) (i,j)ij b j = i b j m i p j q Somme trigulire O cosidère u esemble fii I de l forme I = {(i,j); m i j } vec m et deux etiers, et soit (,j ) (i,j)i ue fmille de ombres réels ou complexes O ote,j l somme de tous les termes de cette fmille (i,j)i Propositio : Iterversio du sige pour ue somme idexée sur u trigle Soit I = {(i,j); m i j } et (,j ) (i,j)i ue fmille de ombres réels ou complexes Alors (i,j)i,j = j = i i,j = j = m j Dem: O écrit les termes ds u tbleu et o effectue les sommes sur les liges et sur les coloes Puis o écrit que l somme totle est soit l somme de toutes les sommes prtielles sur les liges soit l somme de toutes les sommes prtielles sur les coloes i,j

C COEFFICIENTS BINOMIAUX I) Fctorielle et coefficiets biomiux Défiitio: Soit N O ppelle "fctorielle ", otée!, le ombre :! = Pour = 0, o! = 1 et si 1,! = k k k 1, Remrque O peut défiir les fctorielles pr récurrece :, ( + 1)! = ( + 1)! vec 0! = 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10! 1 1 2 6 24 120 720 5040 40320 362880 3628800 Défiitio: Soit (,p)n 2 vec p O ppelle "coefficiet biomil d'ordre (p,)", et o ote p, le ombre : p =! (-p)! p! Remrque O peut coveir que, pour p<0 ou p >, p = 0 Remrque déombre le ombre de chemis rélist p succès sur u rbre p modélist les résultts obteus u cours de répétitios ou le ombre de prties à p élémets ds u esemble à élémets II) Propriétés des coefficiets biomiux Propriétés: (i) 0 = p = -1 + -1 p (iii) Formule de Pscl = 1 (ii) Formule de symétrie p-1 2 et 1 p -1 p = -p Dem: (i), (ii) et (iii) sot simples à étblir pr le clcul O peut doer ue démostrtio esembliste du (ii) : e effet il y utt de prties à p élémets que de prties à -p élémets cr à ue prtie à p élémets correspod ue et ue seule prtie à - p élémets : so complémetire (iii) Soit u élémet de E Les prties à p élémets de E sot les prties à p élémets de E\{} (qui sot u ombre de ( -1 ) les prties à p-1 élémets de E\{} uxquelles o joute (et qui sot u ombre de ( -1 p-1 ) ) p ) et

Trigle de Pscl O utilise l reltio de Pscl (v) pour clculer les coefficiets biomiux de proche e proche p 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 1 1 1 2 1 2 1 3 1 3 3 1 4 1 4 6 4 1 5 1 5 10 10 5 1 6 1 6 15 20 15 6 1 7 1 7 21 35 35 21 7 1 8 1 8 28 56 70 56 28 8 1 9 1 9 36 84 126 126 84 36 9 1 10 1 10 45 120 210 252 210 120 45 10 1 III) Formule du biôme Formule du biôme Propriété : Soit (,b)c 2 et * Alors : ( + b) = k k b k vec l covetio : 0 = 1 = b 0 Dem: O procède pr récurrece sur O costte d'bord que si b = b, lors ( p b q ) = p+1 b q Soit P : " ( + b) = ( k) k b k " P 1 est cliremet vrie Si P est vrie O : ( + b) +1 = ( + b) ( + b) = ( k) k b k ( + b) = ( k) k b k + ( k) k b k b = ( k) k+1 b k + ( k) k b +1 k 1 = +1 + = +1 + ( k) ( k - 1) Doc P +1 est vrie Aussi *, P vrie k+1 b k + k b +1 k + ( k) ( k) k b +1 k + b +1 +1 k b +1 k + b +1 = + 1 ( k ) k b +1 k

D) SYSTEMES LINEAIRES I) Défiitio Défiitio: U système d'équtios liéires est u système de l forme : 1,1 x 1 + 1,2 x 2 + + 1,p x p = b 1 (S) 2,1 x 1 + 2,2 x 2 + + 2,p x p = b 2 Les élémets k,i sot les coefficiets réels ou complexes,,1 x 1 +,2 x 2 + +,p x p = b les élémets b k (réels ou complexes) formet le secod membre, les x i sot les icoues (réelles ou complexes) Le système (S) est dit à équtios et à p icoues O ppelle système homogèe ssocié à (S) le système (S * ) yt les mêmes coefficiets mis où le secod membre est ul But : Trouver l'esemble des fmilles solutios (qui peut être vide) 1,1 x 1 + 1,2 x 2 + + 1,p x p = b 1 Nottio Le système (S) 2,1 x 1 + 2,2 x 2 + + 2,p x p = b 2 étt doé, o ppelle le,1 x 1 +,2 x 2 + +,p x p = b 1,1 1,2 1,p b 1 b tbleu A = 2 le secod membre O pourr 2,1 2,2 2,p mtrice du système (S), B =,1,2,p églemet oter le système (S) sous l forme 1,1 1,2 1,p 2,1 2,2 2,p,1,2,p b b 1 b 2 Iterpréttio géométriques: 1) Pour p = 2 Les équtios,1 x 1 +,2 x 2 = b i sot des équtios de droite du pl (lorsque,1 et,2 e sot ps tous uls) Aisi, le système (S) reviet à rechercher l'itersectio de droites 2) Pour p = 2 Les équtios,1 x 1 +,2 x 2 +,3 x 3 = b i sot des équtios de pl (lorsque,1,,2 et,3 e sot ps tous uls) Aisi, le système (S) reviet à rechercher l'itersectio de pls II) Structure de l'esemble des solutios O cosidère (S) u système liéire et (S * ) le système homogèe ssocié O ote S l'esemble des solutios de (S) et S 0 l'esemble des solutios de (S * ) 1) Solutios d'u système liéire homogèe Théorème: L'esemble S 0 des solutios du système liéire homogèe (S * ) est o vide et il est stble pr dditio et pr mulitplictio pr ue costte Dem: O vérifie isémet que (0, 0,, 0) est solutio de (S * ) isi que les stbilités éocées 2) Solutios d'u système liéire Théorème: L'esemble S des solutios du système liéire (S) peut être vide ou o S'il 'est ps vide et que x 0 est ue solutio prticulière de (S), lors l'esemble des solutios de (S) vérifie : xk p, x solutio de (S) x x 0 est solutio de (S * ) Dem: O utilise l "liérité" du système Remrque Lorsque (S) est u système de (2, 2) de détermit o ul, (S) pssède ue et ue seule solutio (cr correspod à l'itersectio de 2 droites o prllèles du pl b

III) Algorithme du pivot Défiitio: Les opértios (ou mipultios) élémetires sur les liges sot: 1) les trsvectios: dditio d'ue multiple d'ue lige à ue utre: L i L i + L j 2) les dilttios: multiplictio d'ue lige pr u sclire o ul: L i L i 3) les trspositios: échge de deux liges: L i L j Remrque Si (S) est u système liéire et qu'o lui fit subir u certi ombre d'opértios élémetires successives et que l'o obtiet le système (S'), lors (S) et (S') ot les mêmes solutios : o dit que les systèmes (S) et (S') sot équivlets Algorithme du pivot L méthode du pivot cosiste à trsformer pr opértios élémetires, u système liéire e u utre système liéire "plus simple" pr exemple 1,1 1,2 1, b 1 1,1 1,2 1,r 1,p b 1 trigulire 2,2 2, b 2 ou écheloé 2,2 2,r 1, b 2, b où tous les r,r r,r b r coefficiets j,j sot o uls Pour ce fire, o prt du système (S) Ds ce système, o met, à l'ide d'ue trspositio pr exemple, e première lige ue équtio yt u coefficiet o ul pour l'icoue x 1 (ce coefficiet ser ppelé le premier pivot) et, pr trspositios, o élimie cette icoue de toutes les utres équtios Esuite o réitère le processus sur les liges sous l lige L 1 etc Quitte, évetuellemet, à chger l'ordre des icoues, o rriver toujours à u système écheloé ou à u système icomptible Exemple: Soit à résoudre (S): x + y = 2 y + 2 z = b x + y + z = c L 3 L 3 L 1 x + y = 2 y + 2 z = b z = c L 2 L 2 2 L 3 L 1 L 1 1 L 2 2 L 2 1 L 2 2 x + y = 2 y = 2 + b 2 c z = c x = c 1 2 b y = + 1 2 b c z = c