Mémo logique et ensembles

Logique

Soit A et B deux formules, c’est-à-dire des phrases mathématiques comme « 2 + 2 = 4 », « la fonction f est croissante », « x ≤ y » et même « 0 = 1 ». Une formule peut être fausse ! Elle peut aussi contenir des variables.

Connecteurs logiques
Notation (et lecture) Résultat Signification
A et B conjonction A et B sont vrais simultanément
A ou B disjonction au moins l’une des deux formules est vraie
A ⇒ B (« A implique B ») implication si A est vrai alors B aussi
A ⇔ B (« A est équivalent à B ») équivalence A est vrai si et seulement si B est vrai
¯(A) (« non A ») négation A est faux

L’implication est le seul de ces 4 connecteurs logiques qui ne soit pas symétrique.

prémisse (condition suffisante) ⇒ conclusion (condition nécessaire)

L’implication est vraie quand la prémisse est fausse.

Transformation d’une implication
Dénomination Notation Exemple
implication A ⇒ B Si vous avez connu l’an 2000, alors vous avez plus de 18 ans.
réciproque B ⇒ A Si vous avez plus de 18 ans, alors vous avez connu l’an 2000.
contraposée ¯(B) ⇒ ¯(A) Si vous avez 18 ans ou moins, alors vous n’avez pas connu l’an 2000.

Une implication a même valeur de vérité que sa contraposée, mais pas forcément celle de sa réciproque.

Quantificateurs
Dénomination Notation Exemple
universel ∀ x, Px Tous les élèves sont majeurs.
existentiel ∃ x : Px Il y a un élève majeur.
Lois de De Morgan en logique
Soient A et B deux formules.
¯(A et B) ⇔ ¯(A) ou ¯(B) ;
¯(A ou B) ⇔ ¯(A) et ¯(B)
Négation de l’implication
Soient A et B deux formules.
¯(A ⇒ B) ⇔ A et ¯(B)
Négation des quantificateurs
Soit Px une formule dépendant d’une variable x.
¯(∀ x, Px) ⇔ ∃ x : ¯(Px)
Modus ponens
Si A et (A ⇒ B) sont vrais alors B aussi

Ensembles

Relations
DénominationNotationLectureReprésentationExemple
appartenance x ∈ E « x appartient à E » ou « x est élément de E » E x Un élève appartient à sa classe.
inclusion A ⊂ E « A est inclus dans E » E A Le groupe des latinistes est inclus dans la classe.

Contrairement à une liste, un ensemble n’est pas ordonné et ne peut contenir de répétition. L’ensemble vide ∅ ne contient aucun élément.

Si E est un ensemble, 𝒫(E) est l’ensemble des parties de E.

Exemple
𝒫({1, 2, 3}) = {∅, {1}, {2}, {3}, {1, 2}, {1, 3}, {2, 3}, {1, 2, 3}}}
Opérations ensemblistes
DénominationNotationLectureReprésentation
intersection A ∩ B « A inter B » A B
réunion A ∪ B « A union B » A B
complémentation A ∖ B « A privé de B » A B

S’il n’y a pas d’ambiguïté sur l’ensemble E, on peut noter E ∖ A = ¯(A).

Le produit cartésien de deux ensembles E et F est l’ensemble E × F contenant les couples (x, y) tels que x ∈ E et y ∈ F.

Exemple
{1, 2, 3} × {1, 2} = {(1, 1), (1, 2), (2, 1), (2, 2), (3, 1), (3, 2)}

Un couple est une liste et peut donc contenir des répétitions. L’ordre des termes est important : (1, 2) ≠ (2, 1).

En particulier, E2 = E × E. Plus généralement, si p est un entier strictement positif, Ep est l’ensemble des listes de p éléments de E.

Liens entre opérations ensemblistes et connecteurs logiques
Soient A et B deux parties d’un ensemble E. ∀ x ∈ E, x ∈ A ∩ B ⇔ x ∈ A et x ∈ B ; x ∈ A ∪ B ⇔ x ∈ A ou x ∈ B ; x ∈ ¯(A) ⇔ x ∉ A
Lois de De Morgan ensemblistes
Soient A et B deux ensembles.
¯(A ∩ B) = ¯(A) ∪ ¯(B) ; ¯(A ∪ B) = ¯(A) ∩ ¯(B)
Propriétés des opérations ensemblistes
Soit A, B et C trois ensembles.
Associativité :
A ∩ (B ∩ C) = (A ∩ B) ∩ C ; A ∪ (B ∪ C) = (A ∪ B) ∪ C
Commutativité :
A ∩ B = B ∩ A ; A ∪ B = B ∪ A
Distributivité :
A ∩ (B ∪ C) = (A ∩ B) ∪ (A ∩ C) ; A ∪ (B ∩ C) = (A ∪ B) ∩ (A ∪ C)