Cours de Mathématiques

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Entiers naturels, dénombrements

Sommaire

Entiers naturels, dénombrements

Sommaire

I

II

Entiers naturels

I.1

I.2

I.3

I.4

I.5

I.6

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

L’ensemble N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Raisonnement par récurrence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Somme et produit

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Relation d’ordre et différence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Division euclidienne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . .

Pratique du raisonnement par récurrence

Ensembles finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Cardinal d’un ensemble fini

Propriétés des cardinaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III Dénombrements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2

2

3

4

5

5

7

7

9

10

III.1 Applications entre ensembles finis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

III.2 Arrangements et combinaisons

III.3 Binôme de Newton . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

13

IV Ensembles dénombrables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II.1

II.2

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Entiers naturels, dénombrements

Partie I : Entiers naturels

I Entiers naturels

I.1 L’ensemble N

Conformément au programme des classes préparatoires, l’ensemble IN est supposé connu, ainsi

que ses propriétés (opérations + et ×, relation d’ordre).

Cependant, en voici une présentation minimale (ou presque) à partir de laquelle on pourrait

retrouver toutes ses propriétés.

On admet l’existence d’un ensemble IN, dont les éléments sont appelés entiers naturels, tel que :

a. Successeur d’un entier naturel

Il existe une application s : IN → IN, appelée succession.

L’image par s d’un entier naturel n est appelée le successeur de n.

b. Entier 0

Il existe un élément de IN, noté 0, qui n’a pas d’antécédent par s.

On note 1 le successeur de 0, 2 celui de 1, 3 celui de 2, etc.

On note IN∗ = IN − {0} : c’est l’ensemble des entiers naturels non nuls.

c. Prédécesseur d’un entier naturel non nul

L’application s est une bijection de IN sur IN − {0}.

Tout n de IN∗ est donc le successeur d’un unique m de IN, appelé le prédécesseur de n.

d. Axiome de récurrence

Soit A une partie de IN telle que : 0 ∈ A et ∀ n ∈ IN, n ∈ A ⇒ s(n) ∈ A. Alors A = IN.

Autrement dit, si une partie A de IN contient 0 et le successeur de chacun de ses éléments,

alors cette partie A est égale à IN tout entier.

Tout cela permet par exemple de définir une addition sur IN, de la manière suivante :

∀ (m, n) ∈ IN2, m + 0 = m, m + s(n) = s(m + n)

On constate que : ∀ m ∈ IN, s(m) = m + 1 (poser n = 0 dans la définition précédente).

Pour tout n de IN∗, on note n − 1 le prédécesseur de n. Ainsi m = n − 1 ⇔ n = m + 1 . . .

L’axiome de récurrence s’écrit maintenant :

( Soit A une partie de IN, contenant 0.

On suppose que : ∀ n ∈ A, n + 1 ∈ A. Alors A = IN.

I.2 Raisonnement par récurrence

Soit P un prédicat, de référentiel IN.

Rappelons qu’on écrit P(n) pour dire “P(n) est vraie”.

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Entiers naturels, dénombrements

Partie I : Entiers naturels

Récurrence simple (ou faible)

(

On suppose P(0) et, pour tout entier n, P(n) ⇒ P(n + 1).

Alors, pour tout entier n, P(n).

Voici donc comment montrer qu’une propriété P(n) est vraie pour tous les entiers naturels :

– On vérifie que l’entier 0 satisfait à la propriété : c’est le pas initial de la récurrence.

– On se donne ensuite un entier n, pour lequel on suppose que P(n) est vraie.

C’est l’hypothèse de récurrence.

– On démontre alors que P(n + 1) est vraie (c’est le “passage du rang n au rang n + 1”).

On exprime l’implication P(n) ⇒ P(n + 1) en disant que la propriété P est héréditaire.

– On conclut en annonçant que, par récurrence, la propriété est vraie pour tout entier n.

I.3 Somme et produit

Toutes les opérations sur IN peuvent être définies par récurrence (on l’a déja vu pour l’addition).

Leurs propriétés peuvent être établies de la même manière.

Addition

La loi + est associative : ∀ (m, n, p) ∈ IN3, m + (n + p) = (m + n) + p.

La loi + est commutative : ∀ (m, n) ∈ IN2, m + n = n + m.

0 est élément neutre : ∀ n ∈ IN, n + 0 = n (cette propriété découle de la définition).

Tout élément de IN est régulier : ∀ (m, n, p) ∈ IN3, m + p = n + p ⇒ m = n.

∀ (m, n) ∈ IN2, m + n = 0 ⇔ m = n = 0.

Multiplication

On définit un produit sur IN, en posant :

∀ (m, n) ∈ IN2, m0 = 0, m(n + 1) = mn + m

Une récurrence montre que mn est défini pour tout couple (m, n).

Toujours par récurrence, on peut alors vérifier les propriétés suivantes :

La loi × est distributive par rapport à la loi + :

∀ (m, n, p) ∈ IN3, m(n + p) = mp + mp.

La loi × est associative : ∀ (m, n, p) ∈ IN3, m(np) = (mn)p.

La loi × est commutative : ∀ (m, n) ∈ IN2, mn = nm.

Tout élément de IN∗ est régulier : ∀ (m, n) ∈ IN2, ∀ p ∈ IN∗, mp = np ⇒ m = n.

1 est élément neutre : ∀ n ∈ IN, n1 = n.









Factorielle

On définit n! (factorielle n) par 0! = 1, et ∀ n ∈ IN∗, n! = n (n − 1)!

n

Y

Autrement dit : ∀ n ∈ IN∗, n! =

k.

k=1

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Entiers naturels, dénombrements

Partie I : Entiers naturels

Exponentiation

On définit la notation mn : ∀ (m, n) ∈ IN2, m0 = 1, mn+1 = mn m.

On montre alors les propriétés suivantes par récurrence :



∀ (m, n, p) ∈ IN3 : mn mp = mn+p, (mn)p = mnp, (mn)p = mp np.

∀ n ∈ IN, n1 = n, 1n = 1.

∀ n ∈ IN∗, 0n = 0 (mais par convention 00 = 1).



Remarques

mn = 1 ⇔ m = n = 1.

mn = 0 ⇔ (m = 0) ou (n = 0).

I.4 Relation d’ordre et différence

Définition

On pose : ∀ (m, n) ∈ IN2, m ≤ n ⇔ ∃ p ∈ IN, m + p = n.

Les notations n ≥ m et m ≤ n sont bien sûr équivalentes.

On note m < n pour écrire : (m ≤ n) et (m 6= n).

Soit (m, n) dans IN2. On pose : [[m, n]] = {p ∈ IN, m ≤ p ≤ n}.

Propriétés

– ≤ définit une relation d’ordre total sur IN.

– ∀ (m, n) ∈ IN2 : m < n ⇔ m + 1 ≤ n ⇔ m ≤ n − 1.

– 0 est le minimum de IN.

– Toute partie non vide de IN possède un plus petit élément.

– Toute partie majorée non vide de IN possède un plus grand élément.

– La relation ≤ est compatible avec les opérations + et ×, ce qui signifie :

∀ (m, n, p) ∈ IN : m ≤ n ⇒ (m + p ≤ n + p) et (mp ≤ np)

Soustraction

L’existence de la relation d’ordre et de l’addition sur IN permettent de définir la différence

p = n − m de deux entiers naturels n et m.

Cette “opération” n’est pas partout définie sur IN (l’entier p n’existe que si m ≤ n).

Soit (m, n) un couple d’entiers naturels, tels que m ≤ n. L’entier p tel que m + p = n (unique

par régularité) est appelé différence de n et de m, et on note p = n − m.

Publicité

Cette notation généralise celle qui a été utilisée au début de ce chapitre pour définir le

prédécesseur m = n − 1 d’un entier naturel non nul n.

Propriétés

On a (entre autres) les égalités suivantes, sous réserve que les différences existent dans IN :



∀ (m, n, p) ∈ IN3, (m − n) − p = m − (n + p). Cette quantité est notée m − n − p.

∀ (m, n, p) ∈ IN3, (m − n) + p = m − (n − p). Cette quantité est notée m − n + p.

∀ (m, n, p) ∈ IN3, (m + n) − p = m + (n − p). Cette quantité est notée m + n − p.



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Entiers naturels, dénombrements

Partie I : Entiers naturels

I.5 Division euclidienne

Définition

On dit que n divise m (ou que m est un multiple de n) si : ∃ q ∈ IN, m = nq.

On note alors n | m. On définit ainsi une relation d’ordre partiel sur IN.

Pour cette relation, 1 est le minimum de IN.

Définition

Soit (m, n) dans IN × IN∗.

Il existe un unique couple (q, r) de IN2 tel que : (m = nq + r) et (r ≤ n − 1)

Le passage du couple (m, n) au couple (q, r) s’appelle division euclidienne de m par n.

Dans cette division, m est le dividende, n le diviseur, q le quotient, et r le reste.

Remarque

n | m ⇔ (m = n = 0) ou (n 6= 0 et le reste dans la division de m par n est nul).

I.6 Pratique du raisonnement par récurrence

Le raisonnement de récurrence admet plusieurs variantes, dont celle-ci, qui ne diffère de l’original

que par le “pas initial” qui peut se situer en n0 (entier naturel) plutôt qu’en 0 :

Soit n0 un entier naturel.

On suppose P(n0).



On suppose également que : ∀ n ≥ n0, P(n) ⇒ P(n + 1).

Alors, ∀ n ≥ n0, P(n).



Une autre variante réside dans la manière d’avancer dans la récurrence.

Il arrive en effet que l’hypothèse P(n) seule soit insuffisante pour démontrer P(n + 1).

Le cas le plus fréquent est celui de la récurrence double, ou le pas initial et l’hypothese de

récurrence portent sur deux entiers consécutifs.

Récurrence de pas double

Soit n0 un entier naturel.



On suppose P(n0) et P(n0 + 1).

On suppose également que : ∀ n ≥ n0, (P(n) et P(n + 1)) ⇒ P(n + 2).

Alors, ∀ n ≥ n0, P(n).







Il reste a voir une derniere version du raisonnement par récurrence. Pour démontrer P(n + 1),

on peut en effet utiliser tout ou partie des hypothèses P(n0), P(n0 + 1), . . ., et P(n).

Récurrence forte

Soit n0 un entier naturel. On suppose P(n0).

On suppose aussi que : ∀ n ≥ n0, (P(n0), P(n0 + 1), . . . , P(n)) ⇒ P(n + 1).

Alors, ∀ n ≥ n0, P(n).

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Entiers naturels, dénombrements

Partie I : Entiers naturels

Voici enfin quelques conseils pour “réussir” un raisonnement par récurrence :

– Ne pas oublier le “pas initial” (la propriété est souvent triviale, mais on doit la prouver).

– Ne pas écrire : “Supposons que pour tout n, P(n). Montrons P(n+1)” alors qu’il faut écrire :

“Soit n un entier naturel ; on suppose P(n). Montrons P(n + 1)”.

– Bien articuler le pas initial et l’hypothèse de récurrence.

Si le pas initial est par exemple n0, et si on veut démontrer P(n) ⇒ P(n + 1), alors n doit

être supérieur ou égal a n0. On peut tout a fait prouver P(n − 1) ⇒ P(n), mais dans ce cas

n doit être strictement supérieur à n0.

– Bien séparer le “passage du rang n au rang n + 1”, où l’entier n est fixé, et la conclusion

finale (qui est obligatoire, et qui doit porter sur tous les entiers naturels n).

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Partie II : Ensembles finis

II Ensembles finis

II.1 Cardinal d’un ensemble fini

Pour tout entier naturel, on note En = {m ∈ IN, 1 ≤ m ≤ n}.

Dans les trois énoncés suivants, n et p sont des entiers naturels non nuls.

Proposition

Il existe une injection de En dans Ep si et seulement si n ≤ p.

Proposition

Il existe une surjection de En sur Ep si et seulement si n ≥ p.

Proposition

Il existe une bijection de En sur Ep si et seulement si n = p.

Proposition

Soit n un entier naturel non nul, et f une application de En dans lui-même.

Alors : f est bijective ⇔ f est injective ⇔ f est surjective.

On peut maintenant donner la définition d’un ensemble fini.

Proposition

Un ensemble non vide E est dit fini s’il existe une bijection de En sur E, avec n ≥ 1.

L’entier n, s’il existe, est unique et est appelé le cardinal de E. On note n = card (E).

Par convention, on dit que ∅ est fini de cardinal nul. Un ensemble non fini est dit infini.

Remarques

– card (E) représente bien sûr le “nombre d’éléments” de E.

– Dans la définition, on aurait pu aussi bien dire : “ s’il existe une bijection de E sur En”

– Si m ≤ n, l’intervalle [[m, n]] est fini de cardinal n − m + 1. En effet l’application f définie

par f (k) = k − m + 1 est bijective de [[m, n]] sur En−m+1.

– S’il existe une bijection f de E fini sur F , alors F est fini et card (E) = card (F ).

On peut caractériser les parties finies de IN :

Proposition

Une partie A non vide de IN est finie⇔elle est majorée. En particulier IN est infini.

On en déduit le résultat suivant :

Proposition

Soit E un ensemble fini. Soit A une partie de E.

Alors A est un ensemble fini et card (A) ≤ card (E).

Plus précisément, on a card (A) = card (E) si et seulement si A = E.

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Entiers naturels, dénombrements

Partie II : Ensembles finis

Remarque

Si E est infini, il peut exister des bijections de E sur une partie stricte de E.

Par exemple, l’application n 7→ 2n est une bijection de IN sur l’ensemble des entiers pairs, et

la succession n 7→ n + 1 est une bijection de IN sur IN∗.

Les trois propositions suivantes peuvent permettre de montrer qu’un ensemble est fini.

Proposition

Soient E et F deux ensembles, E étant fini. Soit f une application de E vers F .

Alors f (E) est fini, et card (f (E)) ≤ card (E).

De plus on a card (f (E)) = card (E) si et seulement si f est injective.

Voici un cas particulier du résultat précédent (on remplace f (E) par F ) :

Proposition

Soit E un ensemble fini. Soit F un ensemble quelconque.

Soit f une application surjective de E sur F .

Alors F est fini, et card (F ) ≤ card (E).

De plus on a card (F ) = card (E) ⇔ f est bijective.

Proposition

Soient E et F deux ensembles.

Soit f une application injective de E dans F .

Si f (E) est fini, alors E est fini et card (E) = card (f (E)).

Voici des résultats très proches des précédents. Il s’agit plutôt ici de caractériser l’existence

d’applications injectives, surjectives ou bijectives entre deux ensembles dont l’un est fini.

Proposition

Soient E et F deux ensembles non vides, l’ensemble F étant fini.

Il existe une injection de E dans F ⇔ (E est fini et card (E) ≤ card (F )).

Proposition

Soient E et F deux ensembles non vides, l’ensemble E étant fini.

Il existe une surjection de E sur F ⇔ (F est fini et card (F ) ≤ card (E)).

Il existe une bijection de E sur F ⇔ (F est fini et card (E) = card (F )).

Proposition

Soient E et F deux ensembles finis non vides de même cardinal.

Soit f une application de E vers F .

f est bijective ⇔ f est injective ⇔ f est surjective.

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Partie II : Ensembles finis

II.2 Propriétés des cardinaux

On voit ici comment calculer le cardinal d’ensembles construits à partir d’ensembles finis.

Proposition (Réunion d’ensembles finis disjoints)

Si E et F sont finis disjoints, alors E ∪ F est fini et card (E ∪ F ) = card (E) + card (F ).

Si E1, . . . , En sont finis disjoints deux à deux,

Ei est fini et card (

Ei) =

card (Ei).

n

Publicité

S

i=1

n

S

i=1

n

P

i=1

Proposition (Réunion de deux ensembles finis)

Si E et F sont finis, alors E ∪F est fini et card (E ∪F ) = card (E)+card (F )−card (E ∩F ).

En particulier : card (E ∪ F ) ≤ card (E) + card (F ), avec égalité⇔ E ∩ F = ∅.

Proposition (Généralisation à n ensembles finis)

Si E1, E2, . . . , En sont finis, alors

On a l’égalité card (

n

S

i=1

Ei) =

n

P

i=1

n

S

i=1

Ei est fini et card (

n

S

i=1

Ei) ≤

n

P

i=1

card (Ei).

card (Ei) ⇔ les Ei sont disjoints deux à deux.

Le résultat précédent peut être généralisé (mais la démonstration est admise) :

Proposition (Formule du crible)

Soient E1, . . ., En des ensembles finis. Posons I = {1, 2, . . . , n}.

On a card (

n

S

i=1

Ei) = P

(−1)1+card (J) card ( T

Ej)

J ⊂ I

j∈J

Par exemple, si E, F , G sont trois ensembles finis :

card (E ∪ F ∪ G) = card (E) + card (F ) + card (G)

− card (E ∩ F ) − card (E ∩ G) − card (F ∩ G)

+ card (E ∩ F ∩ G).

Proposition (Principe des bergers)

Soit E, F deux ensembles finis, et f une application de E vers F .

Alors card (E) = P

-1

card f

({y}).

Donc si tous les éléments de F ont le même nombre q d’antécédents : card (E) = q card (F ).

y∈F

Proposition (Produit cartésien d’ensembles finis)

Si E et F sont finis, alors E × F est fini et card (E × F ) = card (E) card (F ).

Plus généralement, si E1, E2, . . ., En sont finis, alors card (

n

Q

i=1

Ei) =

n

Q

i=1

card (Ei).

En particulier, si E est fini, alors pour tout n ≥ 1 : card (En) = card (E)n.

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Partie III : Dénombrements

III Dénombrements

III.1 Applications entre ensembles finis

On note F(E, F ) l’ensemble des applications d’un ensemble E vers un ensemble F .

Proposition (Nombre d’applications entre deux ensembles finis)

Si E et F sont finis non vides, F(E, F ) est fini et card (F(E, F )) = card (F ) card (E).

Ce résultat justifie que l’on note souvent F E l’ensemble F(E, F ).

Proposition (Ensemble des parties d’un ensemble fini)

Soit E un ensemble fini, de cardinal n. Alors P(E) est fini et card (P(E)) = 2n.

Proposition (Nombre d’injections ou de bijections entre deux ensembles finis)

Soient E et F deux ensembles finis non vides.

Notons card (E) = p, et card (F ) = n, avec 1 ≤ p ≤ n.

Le nombre d’injections de E dans F est

n!

(n−p)!·

En particulier, si card (E) = card (F ) = n, le nombre de bijections de E dans F est n!

C’est le cas si E = F (les bijections de E sur E sont appelées permutations de E).

III.2 Arrangements et combinaisons

Définition

Soient p, n deux entiers tels que 0 ≤ p ≤ n.

(n−p)! et C p

On pose A p

n = n!

n = 1

p !A p

On constate que, si 1 ≤ p ≤ n :

(

Par exemple :

∀ n ∈ IN, A 0

∀ n ∈ IN∗, A 1

(cid:1).

n est souvent noté (cid:0)n

p

n!

n =

p !(n−p)!· C p

n = n(n − 1) · · · (n − p + 1)

n(n−1)···(n−p+1)

p(p−1)···2·1

( A p

C p

n =

n = n!, C 0

n = 1, A n

n = n!, C 1

n = n, A n−1

n = C n

n = 1.

n = C n−1

n = n.

On sait que si 1 ≤ p ≤ n, A p

éléments vers un ensemble à n éléments.

n représente le nombre d’applications injectives d’un ensemble à p

Proposition (Arrangements)

Soit F un ensemble fini de cardinal n ≥ 1. Soit p un entier vérifiant 1 ≤ p ≤ n.

Un arrangement de p éléments de F est un p-uplet (y1, y2, . . . , yp) formé de p éléments de

F , distincts deux à deux.

Le nombre d’arrangements de p éléments de F est A p

de p éléments parmi n).

n (on parle souvent d’arrangements

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Entiers naturels, dénombrements

Partie III : Dénombrements

Proposition (Combinaisons)

Soit F un ensemble fini de cardinal n ≥ 1. Soit p un entier vérifiant 0 ≤ p ≤ n.

Une combinaison de p éléments de F est une partie de F , de cardinal p.

Si p ≥ 1, elle peut donc s’écrire {y1, y2, . . . , yp}, ou y1, y2, . . ., yp sont distincts deux a deux

dans F (on parle souvent de combinaison sans répétitions).

Le nombre de combinaisons de p éléments de F est égal à C p

naisons de p éléments parmi n).

n (on parle souvent de combi-

Propriétés fondamentales des coefficients C p

n

( Pour tous entiers n, p avec 0 ≤ p ≤ n : C p

Si 1 ≤ p ≤ n − 1, alors C p

n = C p

n = C n−p

n−1 + C p−1

n−1 .

n

.

n = C n

Cette dernière formule, avec C 0

On place souvent les C p

numérotées à partir de 0. Le coefficient C p

d’indice n et de la colonne d’indice p.

Le tableau ci-dessous est connu sous le nom de “triangle de Pascal” :

n de proche en proche.

n dans un tableau triangulaire, dont les lignes et les colonnes sont

n vient alors se placer à l’intersection de la ligne

n = 1, permet de calculer les C p

p = 0 p = 1 p = 2 p = 3 p = 4 p = 5 p = 6

· · ·

n = 0

n = 1

n = 2

n = 3

Publicité

n = 4

n = 5

n = 6

...

n

...

1

1

1

1

1

1

1

...

C 0

n

...

1

2

3

4

5

6

...

C 1

n

...

1

3

6

10

15

...

C 2

n

...

1

4

10

20

...

C 3

n

...

1

5

15

...

C 4

n

...

1

6

...

C 5

n

...

1

. . .

C 6

n

...

. . .

. . .

. . .

Autres propriétés

Sous réserve que les coefficients ci-dessous soient définis, on a les égalités :

C p+1

n = n−p

p+1 C p

n , C p

n = n

p C p−1

n−1 , C p

n = n

n−p C p

n−1

III.3 Binôme de Newton

Le résultat suivant est particulièrement important.

C’est sans doute en utilisant la formule du binôme qu’on a le plus de chances de rencontrer les

coefficients C p

n (qui pour cette raison sont appelés coefficients du binôme).

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Entiers naturels, dénombrements

Partie III : Dénombrements

Proposition (Formule du binôme de Newton)

∀ (x, y) ∈ lC2, ∀ n ∈ IN, (x + y)n =

En particulier : ∀ x ∈ lC, (1 + x)n =

n

P

k=0

C k

n

P

k=0

n xk yn−k.

C k

n xk.

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Partie IV : Ensembles dénombrables

IV Ensembles dénombrables

NB : la notion d’ensemble dénombrable est hors-programme des classes préparatoires.

Définition

Un ensemble E est dit dénombrable s’il existe une bijection de IN sur E.

Un ensemble E est dit au plus dénombrable s’il est fini ou dénombrable.

Remarques

– IN est évidemment lui-même un ensemble dénombrable.

IN∗ est dénombrable car la succession n 7→ n + 1 est une bijection de IN sur IN∗.

De même, l’ensemble des entiers pairs et celui des entiers impairs sont dénombrables (considérer

les applications n 7→ 2n et n 7→ 2n + 1.)

– Tout ensemble dénombrable est infini (car IN est lui-même infini.)

– Si E est dénombrable, et si on note n 7→ an une bijection de IN sur E, on peut donc écrire

E = {an, n ∈ IN}, les an étant distincts deux a deux. Le caractere dénombrable de E est

donc une manière de “numéroter” distinctement les différents éléments de E.

– Si E est dénombrable (resp. au plus dénombrable) et s’il existe une bijection de E sur un

ensemble F , alors F est dénombrable (resp. au plus dénombrable).

Proposition (Parties d’un ensemble dénombrable)

Toute partie F d’un ensemble dénombrable E est au plus dénombrable.

Proposition (Produit cartésien d’ensembles dénombrables)

L’ensemble IN × IN est dénombrable.

Si E1, . . . , En sont dénombrables, leur produit cartésien

n

Q

k=1

Ek est dénombrable.

Proposition (Une caractérisation des ensembles au plus dénombrables)

Soient E un ensemble dénombrable. Un ensemble F non vide est au plus dénombrable si et

seulement s’il existe une surjection de E sur F .

Remarques et conséquences

– La proposition précédente signifie qu’un ensemble non vide E est au plus dénombrable si et

seulement s’il peut s’écrire E = {an, n ∈ IN}, (les an étant non nécessairement distincts.)

– L’ensemble ZZ est dénombrable car il est infini (il contient IN) et l’application définie sur IN2

par f (m, n) = m − n est une sujection de IN2 sur ZZ.

– L’ensemble lQ est dénombrable car il est infini (il contient IN) et l’application f définie sur

n est une surjection de ZZ × IN∗ sur lQ.

ZZ × IN∗ par f (m, n) = m

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Partie IV : Ensembles dénombrables

Proposition (Réunions d’ensembles au plus dénombrables)

Soit (En)n∈IN une suite d’ensembles au plus dénombrables.

Alors leur réunion F = S

n∈IN

En est un ensemble au plus dénombrable.

Remarques

– Si l’un au moins des En est dénombrable, alors F = S

n∈IN

En est dénombrable.

– Une union finie d’ensembles au plus dénombrables est au plus dénombrable : il suffit en effet

de compléter une famille finie E0, E1, . . . , En par des Ek égaux par exemple à En.

Proposition

L’ensemble P(IN) est infini non dénombrable.

Proposition

L’ensemble IR est infini non dénombrable.

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