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Mathématiques · Écoles d'ingénieurs — FST — MIP / MIPC / BCG

Logique et raisonnements

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Proposition : Énoncé mathématique ayant une valeur de vérité (Vrai ou Faux).
  • Connecteurs : $\neg$ (négation), $\wedge$ (et), $\vee$ (ou), $\implies$ (implication), $\iff$ (équivalence).
  • Quantificateurs : $\forall$ (pour tout), $\exists$ (il existe), $\exists!$ (il existe un unique).
  • Raisonnement par récurrence : Pour démontrer $P(n)$ pour tout $n \in \mathbb{N}, n \geq n_0$ :
    1. Initialisation : Vérifier $P(n_0)$.
    2. Hérédité : Supposer $P(n)$ vraie, montrer $P(n+1)$ vraie.

Méthodes à maîtriser

  • Négation : $\neg(\forall x, P(x)) \iff \exists x, \neg P(x)$ et $\neg(\exists x, P(x)) \iff \forall x, \neg P(x)$.
  • Contraposée : Pour montrer $P \implies Q$, on montre $\neg Q \implies \neg P$.
  • Absurde : Pour montrer $P$, on suppose $\neg P$ et on cherche une contradiction (ex: $0=1$).
  • Disjonction des cas : Utile pour les valeurs absolues ou les parties entières.

Exemples corrigés

  • Récurrence : Montrer que $\forall n \in \mathbb{N}^*, \sum_{k=1}^n k = \frac{n(n+1)}{2}$. Initialisation : $n=1, 1 = \frac{1(2)}{2}$ (Vrai). Hérédité : Supposons $\sum_{k=1}^n k = \frac{n(n+1)}{2}$, alors $\sum_{k=1}^{n+1} k = \frac{n(n+1)}{2} + (n+1) = \frac{(n+1)(n+2)}{2}$. (CQFD).

Erreurs fréquentes

  • Oublier d'inverser le sens de l'inégalité lors de la négation.
  • Mal rédiger l'hérédité : oublier de préciser "soit $n \in \mathbb{N}$".
  • Confondre "condition nécessaire" et "condition suffisante".

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Logique et raisonnements

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La négation de la proposition $(\forall x \in \mathbb{R}, x^2 \geq 0)$ est :

❓ Questions fréquentes

Pourquoi on utilise exists! ?

On l'utilise quand on veut montrer qu'il existe un élément et qu'il est unique. Pour cela, on montre l'existence, puis l'unicité (en supposant deux éléments égaux).

💡 À retenir : L'unicité se prouve souvent par $x=y$ en supposant $P(x)$ et $P(y)$.

Est-ce que la négation de "et" est "ou" ?

Oui, selon les lois de De Morgan : $\neg(P \wedge Q) \iff (\neg P \vee \neg Q)$.

💡 À retenir : La négation transforme le "et" en "ou" et inversement.

Comment prouver une équivalence P iff Q ?
  1. Méthode 1 : Montrer $P \implies Q$ et $Q \implies P$.
  2. Méthode 2 : Faire une chaîne d'équivalences successives (si elles sont toutes réversibles).

💡 À retenir : La méthode 1 est plus sûre si les équivalences ne sont pas évidentes.

Kifach n3ref wach nkhdem b l'absurde wla l'contraposée ?
  1. L'absurde est utile quand tu as une hypothèse forte à contredire (ex: montrer qu'un nombre n'est pas rationnel).
  2. La contraposée est idéale quand tu veux transformer une implication $P \implies Q$ en une forme plus simple $\neg Q \implies \neg P$ (souvent avec des inégalités ou des divisions).

💡 À retenir : Si tu es bloqué, essaie la contraposée d'abord, elle est plus directe.

Chno hiya l'far9 bin forall et exists ?
  1. $\forall$ (pour tout) signifie que la propriété est vraie pour chaque élément de l'ensemble.
  2. $\exists$ (il existe) signifie qu'il suffit d'en trouver au moins un seul pour que la proposition soit vraie.

💡 À retenir : $\forall$ demande une preuve générale, $\exists$ demande juste un exemple.

Kifach n7seb la négation dyal forall x in mathbb{R}, x^2 0 ?
  1. La négation de $\forall$ est $\exists$.
  2. La négation de $x^2 > 0$ est $x^2 \leq 0$.
  3. Résultat : $\exists x \in \mathbb{R}, x^2 \leq 0$.

💡 À retenir : N'oublie jamais d'inverser le symbole d'inégalité ($>$ devient $\leq$).

Est-ce que l'ordre des quantificateurs est important ?

Oui, énormément. $\forall x, \exists y, P(x,y)$ signifie que pour chaque $x$, il existe un $y$ qui dépend de $x$. Alors que $\exists y, \forall x, P(x,y)$ signifie qu'il existe un $y$ unique qui marche pour tous les $x$.

💡 À retenir : Ne jamais inverser les quantificateurs, cela change tout le sens mathématique.

Comment rédiger une récurrence proprement ?
  1. Énoncer la propriété $P(n)$.
  2. Initialisation : vérifier pour le premier terme.
  3. Hérédité : écrire "Soit $n \geq n_0$, supposons $P(n)$ vraie".
  4. Montrer $P(n+1)$ en utilisant l'hypothèse de récurrence.
  5. Conclure : "D'après le principe de récurrence, $P(n)$ est vraie pour tout $n$".

💡 À retenir : La conclusion est obligatoire pour valider la note.

Peut-on utiliser l'absurde pour tout ?

Oui, c'est un raisonnement universel, mais il est parfois inutilement long. Si une preuve directe existe, privilégie-la. L'absurde est un "plan B" puissant.

💡 À retenir : L'absurde est à réserver aux cas où la négation de l'hypothèse donne une information exploitable.

Est-ce que P implies Q est la même chose que Q implies P ?

Non, c'est une erreur grave. $Q \implies P$ est la réciproque. Une implication et sa réciproque n'ont pas la même valeur de vérité.

💡 À retenir : $P \implies Q$ est équivalent à sa contraposée $\neg Q \implies \neg P$, pas à sa réciproque.

Comment montrer qu'une proposition est fausse ?

Il suffit de trouver un contre-exemple. C'est-à-dire un élément de l'ensemble qui vérifie l'hypothèse mais pas la conclusion.

💡 À retenir : Un seul contre-exemple suffit pour invalider une proposition universelle ($\forall$).

Est-ce que je dois toujours écrire "soit" dans mes démonstrations ?

Oui, c'est la base de la rigueur mathématique. "Soit $x \in \mathbb{R}$" permet de fixer un élément arbitraire pour prouver une propriété générale.

💡 À retenir : La rigueur de rédaction compte autant que le résultat final.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Montrer par récurrence que pour tout $n \in \mathbb{N}^*$, $3^{2n} - 2^n$ est divisible par 7.

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Exercice 2

Montrer par l'absurde que $\sqrt{2} \notin \mathbb{Q}$.

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Exercice 3

Montrer que $\forall x, y \in \mathbb{R}^+, \sqrt{x+y} \leq \sqrt{x} + \sqrt{y}$.

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