Mathématiques • Seconde

Exercices corrigés :
Intervalles ouverts, fermés, semi-ouverts

Les 10 exercices
\( [a,b] = \{x \in \mathbb{R} \mid a \leq x \leq b\} \)
Intervalle fermé [a,b]
Exercice 1
Donnez la notation ensembliste de l'intervalle [-2, 5].
Exercice 2
Représentez graphiquement l'intervalle ]-1, 3].
Exercice 3
Le nombre 2 appartient-il à l'intervalle ]1, 2[ ? Justifiez.
Exercice 4
Trouvez l'intervalle ouvert de centre 3 et de rayon 2.
Exercice 5
Déterminez l'intervalle de tous les réels strictement inférieurs à -1.
Exercice 6
Soit x ∈ [2, 7]. Donnez un encadrement de x.
Exercice 7
Représentez l'intervalle [-∞, 4[. Est-ce un intervalle ?
Exercice 8
Trouvez l'intersection de ]-2, 5[ et [1, 8].
Exercice 9
Soit x ∈ ]0, 1[. x² appartient-il à ]0, 1[ ? Justifiez.
Exercice 10
Expliquez pourquoi l'intervalle ]2, 2[ est vide.
📊
Intervalle fermé : [a,b] = {x ∈ ℝ | a ≤ x ≤ b}
🔄
Intervalle ouvert : ]a,b[ = {x ∈ ℝ | a < x < b}
📏
Semi-ouvert : [a,b[ ou ]a,b]
💡
Crochet vers l'extérieur = borne exclue, vers l'intérieur = borne incluse
📊
∞ n'est jamais inclus dans un intervalle (toujours crochet ouvert)
🔍
L'intersection de deux intervalles est l'ensemble des réels appartenant aux deux
Corrigé : Exercices 1 à 5
1 Notation ensembliste de [-2, 5]

L'intervalle [-2, 5] est l'ensemble des réels x tels que -2 ≤ x ≤ 5

Notation ensembliste : [-2, 5] = {x ∈ ℝ | -2 ≤ x ≤ 5}

Réponse :

[-2, 5] = {x ∈ ℝ | -2 ≤ x ≤ 5}

Définition :

Un intervalle est un ensemble de nombres réels compris entre deux bornes, éventuellement infinies.

Règle appliquée :

La notation [a, b] signifie que les bornes a et b sont incluses dans l'intervalle (crochets fermés).

2 Représentation de ]-1, 3]

]-1, 3] = {x ∈ ℝ | -1 < x ≤ 3}

Représentation graphique : segment de -1 à 3, avec un crochet ouvert à gauche et fermé à droite

Réponse :

Segment allant de -1 (non inclus) à 3 (inclus)

Règle appliquée :

]-1, 3] : le crochet ouvert à gauche signifie que -1 n'est pas inclus, le crochet fermé à droite signifie que 3 est inclus.

💡
Le crochet ouvert (parenthèse) signifie que la borne est exclue, le crochet fermé signifie qu'elle est incluse
3 Appartenance de 2 à ]1, 2[

]1, 2[ = {x ∈ ℝ | 1 < x < 2}

Pour que 2 appartienne à ]1, 2[, il faudrait que 1 < 2 < 2

Or 2 < 2 est faux, donc 2 ∉ ]1, 2[

Réponse :

Non, 2 n'appartient pas à ]1, 2[ car 2 n'est pas strictement inférieur à 2.

Définition :

Appartenance : x ∈ I signifie que x est un élément de l'intervalle I.

Règle appliquée :

Dans un intervalle ouvert, les bornes ne sont jamais incluses.

4 Intervalle ouvert de centre 3 et rayon 2

Centre = 3, Rayon = 2

Les bornes sont : 3 - 2 = 1 et 3 + 2 = 5

Comme l'intervalle est ouvert, on a ]1, 5[

Réponse :

]1, 5[

Méthode :

Pour un intervalle ouvert de centre c et de rayon r : ]c-r, c+r[

Règle appliquée :

Un intervalle ouvert de centre c et rayon r est ]c-r, c+r[.

5 Ensemble des réels strictement inférieurs à -1

On cherche {x ∈ ℝ | x < -1}

Cet ensemble est l'intervalle ]-∞, -1[

On utilise -∞ car il n'y a pas de borne inférieure fixe

Réponse :

]−∞, −1[

Définition :

]-∞, a[ = {x ∈ ℝ | x < a} et ]a, +∞[ = {x ∈ ℝ | x > a}

Règle appliquée :

∞ n'est jamais inclus dans un intervalle, donc on met toujours un crochet ouvert.

Corrigé : Exercices 6 à 10
6 Encadrement de x si x ∈ [2, 7]

Si x ∈ [2, 7], alors 2 ≤ x ≤ 7

Cela signifie que x est compris entre 2 et 7, bornes incluses

Réponse :

2 ≤ x ≤ 7

Règle appliquée :

Si x ∈ [a, b], alors a ≤ x ≤ b. Les bornes sont incluses dans un intervalle fermé.

💡
L'encadrement correspond directement à la définition de l'intervalle
7 Intervalle [-∞, 4[

La notation [-∞, 4[ n'est pas correcte car -∞ n'est pas un nombre réel.

On écrit plutôt ]-∞, 4[ pour désigner l'ensemble {x ∈ ℝ | x < 4}.

]-∞, 4[ est un intervalle de ℝ.

Réponse :

[-∞, 4[ n'est pas une notation valide. L'intervalle correct est ]-∞, 4[.

Définition :

Les bornes d'un intervalle doivent être des nombres réels ou ±∞. On ne peut pas inclure ±∞.

Règle appliquée :

Les bornes infinies sont toujours exclues (toujours crochet ouvert).

8 Intersection de ]-2, 5[ et [1, 8]

]-2, 5[ = {x ∈ ℝ | -2 < x < 5}

[1, 8] = {x ∈ ℝ | 1 ≤ x ≤ 8}

L'intersection est l'ensemble des x tels que -2 < x < 5 ET 1 ≤ x ≤ 8

Cela donne 1 ≤ x < 5, donc [1, 5[

Réponse :

]-2, 5[ ∩ [1, 8] = [1, 5[

Définition :

L'intersection A ∩ B est l'ensemble des éléments appartenant à la fois à A et à B.

Règle appliquée :

Pour trouver l'intersection de deux intervalles, on prend la plus grande borne inférieure et la plus petite borne supérieure.

9 x² si x ∈ ]0, 1[

Si x ∈ ]0, 1[, alors 0 < x < 1

Comme la fonction carré est strictement croissante sur ]0, +∞[, on a :

0² < x² < 1², soit 0 < x² < 1

Donc x² ∈ ]0, 1[

Réponse :

Oui, x² appartient à ]0, 1[ si x ∈ ]0, 1[.

Règle appliquée :

Si f est strictement croissante sur [a, b] et que x ∈ ]a, b[, alors f(x) ∈ ]f(a), f(b)[.

💡
La fonction carré conserve l'ordre sur les réels positifs
10 Pourquoi ]2, 2[ est vide

]2, 2[ = {x ∈ ℝ | 2 < x < 2}

Il n'existe aucun réel x tel que 2 < x < 2

Car on aurait 2 < 2, ce qui est impossible

Donc ]2, 2[ = ∅ (ensemble vide)

Réponse :

]2, 2[ est vide car il n'existe aucun réel strictement compris entre 2 et 2.

Définition :

Un intervalle ]a, b[ est vide si a ≥ b, car il n'existe alors aucun réel x tel que a < x < b.

Règle appliquée :

Pour que ]a, b[ soit non vide, il faut que a < b.

Intervalles ouverts, fermés, semi-ouverts Intervalles de ℝ