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Accueil Seconde Ensembles de nombres et intervalles
I Nombres et calculs · Chapitre 01 / 11

Ensembles de nombres et intervalles

Entiers, rationnels, irrationnels, intervalles, valeur absolue.

10 min de lecture
6 sections, 5 exemples
40 exercices · 4 problèmes

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L'essentiel en 30 secondes

Les nombres s'organisent en ensembles emboîtés : (entiers naturels) ⊂ (entiers relatifs) ⊂ (rationnels) ⊂ (réels). Un intervalle regroupe tous les réels compris entre deux bornes : [a ; b] inclut les bornes, ]a ; b[ les exclut. La valeur absolue |x − a| mesure la distance entre x et a sur la droite des réels.

1 I. Les ensembles de nombres

Depuis le collège, tu utilises des nombres de natures très différentes : des entiers pour compter, des fractions pour partager, des racines carrées en géométrie. On les range dans des ensembles emboîtés les uns dans les autres.
NombreN\mathbb{N}Z\mathbb{Z}D\mathbb{D}Q\mathbb{Q}R\mathbb{R}
77ouiouiouiouioui
3-3nonouiouiouioui
2,752{,}75nonnonouiouioui
13\dfrac{1}{3}nonnonnonouioui
2\sqrt{2}nonnonnonnonoui
π\pinonnonnonnonoui

2 II. Rationnels et irrationnels

Démonstration par l'absurde
Supposons le contraire, c'est-à-dire que 2\sqrt{2} est rationnel. On peut alors écrire
2=pq\sqrt{2} = \frac{p}{q}
avec pp et qq entiers, q0q \neq 0, et la fraction irréductible (on a simplifié au maximum : pp et qq ne sont pas tous les deux pairs).

En élevant au carré : 2=p2q22 = \dfrac{p^2}{q^2}, donc
p2=2q2.p^2 = 2q^2.

Ainsi p2p^2 est pair. Or le carré d'un nombre impair est impair — donc pp est pair. Écrivons p=2kp = 2k :
(2k)2=2q2    4k2=2q2    q2=2k2.(2k)^2 = 2q^2 \iff 4k^2 = 2q^2 \iff q^2 = 2k^2.

Donc q2q^2 est pair, et par le même argument qq est pair.

Contradiction : pp et qq sont tous les deux pairs, alors que la fraction était irréductible. L'hypothèse de départ est donc fausse :

2 est irrationnel\boxed{\sqrt{2} \text{ est irrationnel}}

3 III. Les intervalles de R\mathbb{R}

Un intervalle est un « morceau » de la droite des réels, sans trou. C'est la façon standard de décrire un ensemble de solutions.
IntervalleCondition sur xxBornes
[a;b][a\,;b]axba \leqslant x \leqslant bfermé
]a;b[]a\,;b[a<x<ba < x < bouvert
[a;b[[a\,;b[ax<ba \leqslant x < bsemi-ouvert
[a;+[[a\,;+\infty[xax \geqslant anon borné
]a;+[]a\,;+\infty[x>ax > anon borné
];b]]-\infty\,;b]xbx \leqslant bnon borné
];+[]-\infty\,;+\infty[tout réel (=R=\mathbb{R})non borné

4 IV. Réunion et intersection

5 V. Valeur absolue et distance

6 VI. Encadrer, arrondir, notation scientifique

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre ℕ, ℤ, ℚ et ℝ ?
Ce sont des ensembles emboîtés : N\mathbb{N} contient les entiers naturels (0,1,2,0, 1, 2, \dots), Z\mathbb{Z} ajoute les entiers négatifs, Q\mathbb{Q} ajoute les fractions, et R\mathbb{R} ajoute les nombres comme 2\sqrt{2} ou π\pi qui ne peuvent pas s'écrire en fraction. Chaque ensemble contient le précédent : 3-3 est dans Z\mathbb{Z} mais pas dans N\mathbb{N}, 13\frac{1}{3} est dans Q\mathbb{Q} mais pas dans Z\mathbb{Z}.
Quand le crochet d'un intervalle est-il ouvert ou fermé ?
Le crochet est fermé (tourné vers l'intérieur) quand la borne appartient à l'intervalle, ouvert sinon : x[2;5[x \in [2\,;5[ signifie 2x<52 \leqslant x < 5. Du côté de -\infty ou ++\infty, le crochet est toujours ouvert, car l'infini n'est pas un nombre.
Comment traduire une inégalité en intervalle ?
On lit l'inégalité comme une zone sur la droite des réels : x3x \geqslant 3 donne [3;+[[3\,;+\infty[, 1<x4-1 < x \leqslant 4 donne ]1;4]]-1\,;4]. Le sens du crochet suit le symbole : \leqslant ou \geqslant ferment le crochet, << ou >> l'ouvrent.
À quoi sert la valeur absolue ?
La valeur absolue xa|x - a| mesure la distance entre xx et aa sur la droite des réels, toujours positive. Elle permet d'écrire des conditions de proximité : x52|x - 5| \leqslant 2 signifie « xx est à une distance d'au plus 2 de 5 », c'est-à-dire x[3;7]x \in [3\,;7].