Union, intersection et représentation graphique

Introduction aux intervalles

BIENVENUE !
INTERVALLES DE ℝ
Union, intersection et représentation graphique

Découvrez les opérations sur les intervalles de nombres réels

Intervalles
Union
Intersection

Définition des intervalles de ℝ

Qu'est-ce qu'un intervalle ?

DÉFINITION FONDAMENTALE
Définition

Un intervalle de ℝ est un ensemble de nombres réels compris entre deux bornes.

Les bornes peuvent être incluses ou exclues selon le type d'intervalle.

Types d'intervalles

Représentation graphique d'un intervalle

-2
-1
0
1
2
3

Intervalle [-1 ; 3]

Types d'intervalles

Classification des intervalles

INTERVALLES BORNÉS
Fermés
1 \( [a, b] = \{x \in \mathbb{R} \mid a \leq x \leq b\} \)

Les bornes a et b sont incluses dans l'intervalle.

Ouverts
2 \( ]a, b[ = \{x \in \mathbb{R} \mid a < x < b\} \)

Les bornes a et b sont exclues de l'intervalle.

Semi-ouverts
3 \( [a, b[ = \{x \in \mathbb{R} \mid a \leq x < b\} \)
4 \( ]a, b] = \{x \in \mathbb{R} \mid a < x \leq b\} \)

Une borne est incluse, l'autre est exclue.

INTERVALLES NON BORNÉS
Bornés d'un seul côté
5 \( [a, +\infty[ = \{x \in \mathbb{R} \mid x \geq a\} \)
6 \( ]a, +\infty[ = \{x \in \mathbb{R} \mid x > a\} \)
7 \( ]-\infty, a] = \{x \in \mathbb{R} \mid x \leq a\} \)
8 \( ]-\infty, a[ = \{x \in \mathbb{R} \mid x < a\} \)

Représentation graphique des intervalles

Visualisation sur la droite réelle

MÉTHODE DE REPRÉSENTATION
Règles de base
  • 1 Trace une droite horizontale (la droite réelle)
  • 2 Place les bornes de l'intervalle
  • 3 Trace un segment pour montrer l'étendue de l'intervalle
  • 4 Utilise des points pleins (•) pour les bornes incluses
  • 5 Utilise des points vides (○) pour les bornes exclues
EXEMPLES DE REPRÉSENTATION
Exemple 1 : [2, 5]
0
1
2
3
4
5

Intervalle fermé [2, 5]

Exemple 2 : ]-1, 3[
-1
0
1
2
3
4

Intervalle ouvert ]-1, 3[

Union d'intervalles

Opération d'union

DÉFINITION DE L'UNION
Qu'est-ce que l'union ?

L'union de deux intervalles I et J, notée \( I \cup J \), est l'ensemble des réels qui appartiennent à I ou à J (ou aux deux).

\( I \cup J = \{x \in \mathbb{R} \mid x \in I \text{ ou } x \in J\} \)
EXEMPLES D'UNION
Exemple 1 : Union disjointe

Soient \( I = [1, 3] \) et \( J = [5, 7] \)

\( I \cup J = [1, 3] \cup [5, 7] \)
0
1
2
3
4
5
6
7

Union de deux intervalles disjoints

Union d'intervalles qui se chevauchent

Union avec intersection

CAS OÙ LES INTERVALLES SE CHEVAUCHENT
Exemple : Union d'intervalles qui se touchent

Soient \( I = [1, 4] \) et \( J = [3, 6] \)

\( I \cup J = [1, 6] \)
0
1
2
3
4
5
6

Union de [1, 4] et [3, 6] donne [1, 6]

RÈGLE GÉNÉRALE POUR L'UNION
Cas général
  • 1 Si les intervalles se chevauchent ou sont adjacents, leur union est un seul intervalle
  • 2 Si les intervalles sont disjoints, leur union est une réunion de deux intervalles distincts
  • 3 L'union contient tous les éléments de l'un ou de l'autre intervalle

Intersection d'intervalles

Opération d'intersection

DÉFINITION DE L'INTERSECTION
Qu'est-ce que l'intersection ?

L'intersection de deux intervalles I et J, notée \( I \cap J \), est l'ensemble des réels qui appartiennent à la fois à I et à J.

\( I \cap J = \{x \in \mathbb{R} \mid x \in I \text{ et } x \in J\} \)
EXEMPLES D'INTERSECTION
Exemple 1 : Intersection non vide

Soient \( I = [1, 5] \) et \( J = [3, 7] \)

\( I \cap J = [3, 5] \)
0
1
2
3
4
5
6
7

Intersection de [1, 5] et [3, 7] donne [3, 5]

Intersection vide

Cas d'intersection vide

INTERVALLES DISJOINTS
Exemple : Intersection vide

Soient \( I = [1, 3] \) et \( J = [5, 7] \)

\( I \cap J = \emptyset \) (ensemble vide)
0
1
2
3
4
5
6
7

Intersection de [1, 3] et [5, 7] est vide

RÈGLES POUR L'INTERSECTION
Cas généraux
  • 1 L'intersection est l'ensemble des éléments communs aux deux intervalles
  • 2 Si les intervalles sont disjoints, l'intersection est vide (∅)
  • 3 Si les intervalles se chevauchent, l'intersection est un intervalle
  • 4 L'intersection est toujours contenue dans chacun des intervalles initiaux

Propriétés des opérations sur les intervalles

Propriétés importantes

PROPRIÉTÉS COMMUNES
Commutativité

Pour tous intervalles I et J :

\( I \cup J = J \cup I \) et \( I \cap J = J \cap I \)

L'ordre des intervalles n'affecte pas le résultat.

Associativité

Pour tous intervalles I, J et K :

\( (I \cup J) \cup K = I \cup (J \cup K) \) et \( (I \cap J) \cap K = I \cap (J \cap K) \)
DISTRIBUTIVITÉ
Lois de distributivité

Pour tous intervalles I, J et K :

\( I \cap (J \cup K) = (I \cap J) \cup (I \cap K) \)
\( I \cup (J \cap K) = (I \cup J) \cap (I \cup K) \)

Exemple complet : Union et intersection

Application pratique

ÉNONCÉ
Exercice

Soient \( I = [-2, 4] \) et \( J = ]1, 7[ \).

1. Représenter graphiquement I et J sur la même droite réelle.

2. Déterminer \( I \cup J \) et représenter le résultat.

3. Déterminer \( I \cap J \) et représenter le résultat.

Solution de l'exercice

Correction détaillée

RÉPONSE 1 : REPRÉSENTATION GRAPHIQUE
I = [-2, 4] et J = ]1, 7[
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6

I = [-2, 4] (bleu) et J = ]1, 7[ (orange)

RÉPONSE 2 : UNION
I ∪ J

L'union de [-2, 4] et ]1, 7[ est [-2, 7[.

\( I \cup J = [-2, 7[ \)
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6

I ∪ J = [-2, 7[

Suite de la solution

Fin de la correction

RÉPONSE 3 : INTERSECTION
I ∩ J

L'intersection de [-2, 4] et ]1, 7[ est ]1, 4].

\( I \cap J = ]1, 4] \)
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6

I ∩ J = ]1, 4]

VÉRIFICATION
Validation des résultats
  • 1 \( I \cup J \) contient tous les nombres de I ou de J
  • 2 \( I \cap J \) contient seulement les nombres communs à I et J
  • 3 \( I \cap J \subseteq I \) et \( I \cap J \subseteq J \)
  • 4 \( I \subseteq I \cup J \) et \( J \subseteq I \cup J \)

Méthodologie pour les opérations sur les intervalles

Procédure pas à pas

ÉTAPE PAR ÉTAPE POUR L'UNION
Méthode pour l'union
  1. 1 Identifier les bornes de chaque intervalle
  2. 2 Représenter les intervalles sur une droite graduée
  3. 3 Déterminer l'intervalle minimum qui contient tous les éléments
  4. 4 Déterminer si les bornes sont incluses ou exclues
ÉTAPE PAR ÉTAPE POUR L'INTERSECTION
Méthode pour l'intersection
  1. 1 Identifier les bornes de chaque intervalle
  2. 2 Représenter les intervalles sur une droite graduée
  3. 3 Trouver la zone où les intervalles se superposent
  4. 4 Déterminer les bornes de l'intersection et leur inclusion/exclusion

Applications concrètes

Utilisations dans la vie courante

SITUATIONS RÉELLES
Exemple : Températures acceptables

Supposons que pour une plante :

  • La température minimale pour survivre est de 5°C (intervalle [5, +∞[)
  • La température maximale pour survivre est de 30°C (intervalle ]-∞, 30])

L'intersection de ces intervalles donne les températures acceptables :

\( [5, +\infty[ \cap ]-\infty, 30] = [5, 30] \)

La plante survive entre 5°C et 30°C.

EXEMPLE : HORAIRES
Exemple : Horaires de travail

Un magasin A est ouvert de 9h à 18h ([9, 18]), un magasin B de 10h à 20h ([10, 20]).

Lorsque sont-ils ouverts en même temps ?

\( [9, 18] \cap [10, 20] = [10, 18] \)

Ils sont ouverts ensemble de 10h à 18h.

Erreurs fréquentes à éviter

Pièges à éviter

ERREURS SUR L'UNION
Erreurs typiques
  • 1 Croire que l'union de deux intervalles est toujours un intervalle (faux si disjoints)
  • 2 Ne pas tenir compte de l'ouverture/fermeture des bornes
  • 3 Confondre union et intersection
ERREURS SUR L'INTERSECTION
Erreurs typiques
  • 1 Penser que l'intersection est toujours non vide (faux si disjoints)
  • 2 Prendre la plus petite portion au lieu de la zone commune
  • 3 Oublier de vérifier l'inclusion des bornes
Toujours vérifier graphiquement vos résultats !

Résumé

Points clés

DÉFINITIONS ESSENTIELLES
Intervalles
  • Ensemble de nombres réels compris entre deux bornes
  • Bornes peuvent être incluses [a,b] ou exclues ]a,b[
  • Représentation graphique sur la droite réelle
Union (U)
  • Contient les éléments qui appartiennent à l'un ou l'autre intervalle
  • Notation : \( A \cup B \)
  • Peut être un seul intervalle ou une réunion de plusieurs
Intersection (∩)
  • Contient les éléments qui appartiennent aux deux intervalles
  • Notation : \( A \cap B \)
  • Peut être vide ou un intervalle
Pratiquez la représentation graphique pour bien visualiser !

Conclusion

Félicitations !

FÉLICITATIONS !
MAÎTRISE DES INTERVALLES
Vous comprenez maintenant les opérations sur les intervalles !

Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences

Union
Intersection
Représentation