Mathématiques Terminale Spécialité

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Orthogonalité et distances dans l’espace
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Ch. 5
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Chapitre 1
Cours 1

Cardinal d'ensembles

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A
Réunion disjointe

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Définition
Soit \text{A} un ensemble fini.
Le cardinal de \text{A}, noté \operatorname{Card}(\mathrm{A}), est le nombre d'éléments de l'ensemble \text{A}.
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Remarque

Le cardinal de \text{A} est parfois noté \text{|A|} ou \# \mathrm{A}.
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Définition
Deux ensembles \text{A} et \text{B} sont disjoints lorsque \mathrm{A} \cap \mathrm{B}=\varnothing.
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Remarque

En particulier \operatorname{Card}(\varnothing)=0.
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Propriété (admise)
Soient n un entier naturel supérieur ou égal à 2 et \mathrm{A}_{1}, \mathrm{A}_{2}, …, \mathrm{A}_{n} des ensembles finis deux à deux disjoints. Alors :
\operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{1} \cup \ldots \cup \mathrm{A}_{n}\right)=\operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{1}\right)+\ldots+\operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{n}\right)=\displaystyle\sum_{k=1}^{n} \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{k}\right).
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Remarque

En particulier, si \text A_{1}et \text A_{2} sont deux ensembles finis et disjoints, \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{1} \cup \mathrm{A}_{2}\right) =\operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{1}\right) +\operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{2}\right).
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B
Produit cartésien

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Définition
Soient \text{A} et\text{ B} deux ensembles non vides. Le produit cartésien de \text{A} et\text{ B} est l'ensemble, noté \text{A} \times \text{B} (se lit « \text{A} croix \text{B} »), constitué des couples (x\,; y)x est un élément de \text{A} et y un élément de \text{B}.
Plus formellement, \mathrm{A} \times \mathrm{B}=\{(x\,; y), x \in \mathrm{A}, y \in \mathrm{B}\}.
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Remarque

Cette définition se généralise à plus de deux ensembles non vides.
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Exemple
Pour \mathrm{A}=\{1 \,; 2\} \text { et } \mathrm{B}=\{3 \,; 4\}, on a \mathrm{A} \times \mathrm{B}=\{(1\,; 3) \,;(1 \,; 4) \,;(2 \,; 3) \,;(2 \,; 4)\}.
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Remarque

Si \text{A}=\varnothing ou \text{B}=\varnothingalors \text{A}\times \text{B}=\varnothing.
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Propriété
Soient \text{A} et \text{B} deux ensembles finis. Alors : \operatorname{Card}(\mathrm{A} \times \mathrm{B})=\operatorname{Card}(\mathrm{A}) \times \operatorname{Card}(\mathrm{B}).
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Démonstration
Voir exercice p. 47.
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Définition
Soient \text{A} un ensemble et n un entier naturel non nul. On appelle \boldsymbol{n}-uplet de \text{A} un élément de \text{A}^{n}.
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Notation

Le produit cartésien de \text{A} par lui-même est noté \mathrm{A}^{2}. Plus généralement, le produit de \text{A} par lui‑même n fois, avec n > 1, se note \mathrm{A}^{n}.
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Propriété
Soient \text{A} un ensemble fini et n un entier naturel non nul.
Alors : \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}^{n}\right)=[\operatorname{Card}(\mathrm{A})]^{n}.
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Remarque

Les coordonnées d'un point dans un repère du plan sont des 2‑uplets de nombres réels.
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Démonstration
Voir exercice p. 47.
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Application et méthode - 1
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Énoncé
Un immeuble est protégé par un digicode. Ce code peut être constitué de quatre, cinq ou six chiffres allant de 0 à 9, puis d'une lettre sélectionnée parmi les lettres \text{A}, \text{B} et \text{C}. Combien de codes peut-on former avec ce système ?
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Méthode

Dans un énoncé, un « OU » se traduit très souvent par une réunion (disjointe ou non). On sépare les cas de l'énoncé en plusieurs ensembles disjoints :
  • pour chaque ensemble formé, on calcule son cardinal ;
  • on calcule la somme des cardinaux ainsi obtenus pour obtenir le cardinal total.
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Solution
Appelons \mathrm{A}_{4}, \mathrm{A}_{5}, \mathrm{A}_{6} l'ensemble des mots de passe composées respectivement de 4, 5 et 6 chiffres et d'une lettre. On a :
  • \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{4}\right)=\operatorname{Card}\left(\{0 \:; \ldots \:; 9\}^{4} \times\{\mathrm{A} \:; \mathrm{B} \:; \mathrm{C}\}\right)=10^{4} \times 3=30\:000 \:;
  • \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{5}\right)=\operatorname{Card}\left(\{0 \:; \ldots \:; 9\}^{5} \times\{\mathrm{A} \:; \mathrm{B} \:; \mathrm{C}\}\right)=10^{5} \times 3=300\:000 \:;
  • \operatorname{Card}\left(\mathrm{A}_{6}\right)=\operatorname{Card}\left(\{0 \:; \ldots \:; 9\}^{6} \times\{\mathrm{A} \:; \mathrm{B} \:; \mathrm{C}\}\right)=10^{6} \times 3=3\:000\:000 \:;

Il y a donc 3\:000\:0000 + 300\:000 + 30\:000 = 3 \:330\:000 codes possibles.

Pour s'entraîner
Exercices et p. 44 et p.45

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