Premiers éléments sur le langage des ensembles - Exercice 1

30 min
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Question 1

Soit AA, BB et CC trois parties d'un même ensemble EE.
On suppose que :
{A∪B=A∪CA∩B=A∩C\left\lbrace \begin{array}{rcl} A \cup B & = & A \cup C \\ A \cap B & = & A \cap C \\ \end{array} \right.
Montrer que B=CB = C.

Correction
Commençons par remarquer (relation 6−6 - de la section Réunion des rappels de cours) que B=B∪(A∩B)B = B \cup (A \cap B). Donc, d'après les hypothèses de la question proposée, on a donc B=B∪(A∩C)B = B \cup (A \cap C).
En appliquant la distributivité, on peut donc développer selon :
B=(B∪A)∩(B∪C)B = (B \cup A) \cap (B \cup C)
Soit :
B=(A∪B)∩(B∪C)B = (A \cup B) \cap (B \cup C)
Puis, d'après les hypothèses de la question proposée, on a donc :
B=(A∪C)∩(B∪C)=(A∩B)∪C=C∪(A∩B)B = (A \cup C) \cap (B \cup C) = (A \cap B) \cup C = C \cup (A \cap B)
Mais par hypothèse on a A∩B=A∩CA \cap B = A \cap C. D'où :
B=C∪(A∩C)B = C \cup (A \cap C)
Or, on de même que la relation utilisée en tout début de cette question : C=C∪(A∩C)C = C \cup (A \cap C).
Finalement, on a donc montré que :
B=C{\color{red}{\boxed{ B = C}}}
Question 2

Soit AA et BB deux parties d'un même ensemble EE. On suppose que A∪B=A∩BA \cup B = A \cap B. Montrer que A=BA = B.

Correction
Dans les rappels de cours, on peut-y lire :
Le lien avec la réunion et l'union est donné par la relation importante suivante : A∪B=(A∖B)∪(A∩B)∪(B∖A){\color{red}{ \boxed{ A \cup B = (A∖B) \cup (A \cap B) \cup (B∖A) }}}
Donc, selon l'hypothèse de cette question, on a :
A∩B=(A∖B)∪(A∩B)∪(B∖A)A \cap B = (A∖B) \cup (A \cap B) \cup (B∖A)
Soit :
∅=(A∖B)∪(B∖A)\emptyset = (A∖B) \cup (B∖A)
Ce qui nous permet d'affirmer que :
{A∖B=∅B∖A=∅    ⟺    {A⊂BB⊂A\left\lbrace \begin{array}{rcl} A∖B & = & \emptyset \\ B∖A & = & \emptyset \\ \end{array} \right. \,\,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\,\, \left\lbrace \begin{array}{rcl} A & \subset & B \\ B & \subset & A \\ \end{array} \right.
Finalement, on a bien démontrer que :
A=B{\color{red}{\boxed{ A = B}}}
Question 3

Soit AA et BB deux parties d'un même ensemble EE. Démontrer que : (A⊂B)⟺(A∪B=B)\big(A \subset B \big) \Longleftrightarrow \big( A \cup B = B \big)

Correction
On sait que :
A∪B=(A∖B)∪(A∩B)∪(B∖A)A \cup B = (A∖B) \cup (A \cap B) \cup (B∖A)
De plus, on sait que (A∩B)∪(B∖A)=B(A \cap B) \cup (B∖A) = B
Donc, on obtient :
A∪B=(A∖B)∪BA \cup B = (A∖B) \cup B
Mais, par hypothèse, on sait que A∪B=BA \cup B = B. Donc, on peut donc écrire que :
B=(A∖B)∪BB = (A∖B) \cup B
Ainsi :
(A∖B)=∅(A∖B) = \emptyset
Mais, on sait également que (A∖B=∅)⟺(A⊂B)\big( A∖B = \emptyset \big) \Longleftrightarrow \big( A \subset B \big). Finalement, on a bien démontrer que :
(A⊂B)⟺(A∪B=B){\color{red}{\boxed{ \big(A \subset B \big) \Longleftrightarrow \big( A \cup B = B \big) }}}

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