Analyse I 2013–2014 – 1BM
Liste 1
Théorie naïve des ensembles & Espace euclidien Rd
Exercice 1. Nier les expressions suivantes :
(a) « Il fait beau tous les jours. »
(b) « Tous les lundis, je roule en VTT et je me douche. »
(c) « Tous les mardis, je joue au tennis ou au football. »
(d) « Certaines années, je joue au squash tous les mercredis. »
Exercice 2. Notons El’ensemble des étudiants de l’ULg, et Sl’ensemble des jours de la semaine.
Pour l’étudiant xE, on note hj(x)son heure de réveil le jour jS.
(a) Ecrire avec des quantificateurs la proposition : « Tout étudiant se réveille au moins un jour
de la semaine avant 7h. »
(b) Ecrire ensuite la négation de cette proposition avec des symboles mathématiques, puis en
français.
Exercice 3. Considérons la phrase « il a dit qu’il viendrait s’il ne pleut pas ». Peut-on affirmer
la phrase « il pleut, donc il ne viendra pas » ? Justifier.
Exercice 4. Considérons les deux phrases
S’il ne lui dit pas, elle ne le découvrira pas ;
Si elle ne demande pas, il ne lui dira pas.
En se basant sur ces phrases, peut-on affirmer la phrase « elle l’a découvert, donc elle a demandé
» ? Justifier.
Exercice 5. Si Aet Bsont des parties de l’ensemble X, établir que
{X(AB) = {XA{XB. et A4B=A{XBB{XA
A4Bdésigne la différence symétrique de Aet B, c’est-à-dire l’ensemble des éléments de
ABqui n’appartiennent pas à AB.
Exercice 6. Des parties Aj(jJ) d’un ensemble Aforment une partition de Asi elles sont
non-vides, disjointes deux à deux et si leur union est égale à A.
Soient A1, . . . , Andes parties de l’ensemble X. On note A=Sn
j=1 Aj. Montrer que, si les en-
sembles
B1=A1, Bp=Ap{A
p1
[
j=1
Aj
, p = 2, . . . , n,
ne sont pas vides, ils constituent une partition de A.
Exercice 7. Soient les ensembles Aet Bet soit l’application f:AB.
(a) Si BjBpour tout jJ, montrer que
f1
[
jJ
Bj
=[
jJ
f1(Bj).
(b) Si A0A, a-t-on toujours
f(A\A0) = B\f(A0)?
Justifier. Si ce n’est pas le cas, déterminer une condition sur fpour l’obtenir.
Exercice 8. Montrer que, pour tout (x, y)[1,1] ×[1,1], on a l’inégalité
xp1y2+yp1x21.
Quand a-t-on l’égalité ?
Exercice 9. Si xk, ykRd(k= 1, . . . , K avec KN0), montrer que
K
X
k=1
hxk, yki
2
K
X
k=1
|xk|2!
K
X
j=1
|yj|2
.
Exercice 10.
(a) Si xet ysont des points de Rddifférents de 0, démontrer que
x
|x|2y
|y|2
=|xy|
|x||y|.
(b) En déduire que
|x||yz|≤|y||zx|+|z||xy|
pour tous x, y, z Rd.
Exercices proposés
Exercice 11. Nier les expressions suivantes :
(a) « Tous les lundis où il fait beau, je joue au tennis. »
(b) « Tous les lundis, s’il fait beau, je joue au tennis. »
(c) « Je joue au squash au moins une fois par semaine. »
Exercice 12. Si Aet Bsont des parties de l’ensemble X, établir que
{X(AB) = {XA{XB.
Exercice 13. Soit A, B et C, des parties de l’ensemble X, vérifier que
(A4B)4C= (C4A)4Bet A4(X\A) = X.
Exercice 14. Soient Aet Bdes parties de l’ensemble X. Montrer que A=Bsi et seulement si
A{XBB{XA=.
Exercice 15. Si xet ysont deux points de Rd, démontrer que
|x+y|
1 + |x+y||x|
1 + |x|+|y|
1 + |y|et 1 + |x+y|221 + |x|21 + |y|2.
T. Kleyntssens et A. Deliège – Répétition 1
Analyse I 2013–2014 – 1BM
Liste 2
Borne supérieure, borne inférieure et distance
Exercice 1. Trouver, si elles existent, les bornes supérieures et inférieures des ensembles suivants et
établir si elles sont réalisées :
(a) {xR:x2}
(b) {0}∪{xR: 3 <x<4}
(c) {(1)m/m :mN0}
(d) {11/m :mN0}
Exercice 2. Si a, b, c, d Rtels que a<bet c < d, calculer la distance entre les ensembles ]a, b]et [c, d]
et établir si elle est réalisée.
Exercice 3. Soient x, y, z des points de Rnet notons dla distance euclidienne de Rn. Montrer que
d(x, y) = d(x, z) + d(z, y)si et seulement s’il existe r[0; 1] tel que z=rx + (1 r)y.
Exercice 4.
(a) Soient Aet Bdeux parties non vides et bornées de R. Montrer que si Aet Bsont inclus dans
]0,+[, alors on a sup
xA,yB
(xy) = sup
xA
(x) sup
yB
(y).
(b) Soit Aune partie non vide et bornée de R. Nous posons A={−a:aA}. Montrer que
sup
x∈−A
(x) = inf
yA(y).
(c) En déduire des points précédents que si Aet Bsont deux parties non vides et bornées de Rtelles
que Aest inclus dans ]0,+[et Best inclus dans ]− ∞,0[ alors on a inf
xA,yB(xy) = sup
xA
(x) inf
yB(y).
Exercice 5. Montrer que si Eest un borné non vide de R, alors diam(E) = sup
xE
xinf
xEx.
Exercices proposés
Exercice 6. Trouver, si elles existent, les bornes supérieures et inférieures des ensembles suivants et
établir si elles sont réalisées :
(a) ]10,36] (b) (1)kk
k+ 1 :kN(c) {x2:x]1,1/2[}
Exercice 7. Soit Bune partie non vide et bornée de Rd. Démontrer que l’ensemble
Br=nxRd: d(x, B)ro
est borné quel que soit r0. Etablir ensuite la relation
sup
xBr
|x|= sup
yB
|y|+r.
Suggestion : Pour montrer l’égalité, pensez que si zBalors z+rz
|z|Bret calculez sa norme.
Exercice 8. Montrer que, dans Rd, la distance d’un point x0au plan
Π = nxRd:ha, xi+b= 0o, a Rd\{0}, b R,
est donnée par
d(x0,Π) = | ha, x0i+b|
|a|.
Exercice 9. Si a, b, c Rtels que a<b, calculer la distance entre les ensembles {c}et ]a, b]et établir
si elle est réalisée.
Exercice 10. Déterminer inf{x2y: 0 < x 1et 0y < 1}.
T. Kleyntssens et A. Deliège – Répétition 2
Analyse I 2013–2014 – 1BM
Liste 3
Suites de base dans R, suites & suites récurrentes
Exercice 1 (Illustration de différentes méthodes de convergences).Considérons la suite (xj)jN0définie
par xj=1
j.
(a) Montrer que la suite (xj)jN0est de Cauchy.
(b) En utilisant la définition de la convergence, montrer que la suite (xj)jN0converge vers 0.
(c) Sans utiliser la définition de la convergence, montrer que la suite (xj)jN0converge vers 0.
Exercice 2 (Illustration de la convergence vers l’infini).
(a) Trouver une suite réelle qui converge vers mais qui ne converge ni vers −∞, ni vers +.
(b) Considérons les suites (xj)jNet (yj)jNdéfinies par
xj=0si jest pair
jsinon yj=jsi jest pair
0sinon .
Montrer que ces deux suites ne convergent pas vers . Montrer que la suite (zj)jNdéfinie par
zj= (xj, yj)converge vers .
Exercice 3. Etablir la convergence de la suite (xj)jN0lorsque
(a) xj=2j2+ 5j+ 1
3j2+ 1
(b) xj=pjpj+ 1 pj
(c) xj=pj2+ 2 3
pj3+ 3j
Exercice 4 (Suites de base).
(a) Pour tout aR, étudier la convergence de la suite (aj/j!)jN0.
(b) Etudier la convergence de la suite (aj)jN0pour toutes les valeurs réelles du paramètre a.
(c) Pour tout a > 0fixé, étudier la convergence de la suite (a1/j )jN0.
(d) Etudier la convergence de la suite (j
j)jN0.
Exercice 5. Si aR, étudier la convergence des suites (xj)jN0de terme général égal à
(a) xj=πj2
p(j!)π
(b) xj=(j!)2
(2j)!
(c) xj=j2+ 2
j2+j+ 1aj
(d) xj=aj
1 + a2j
(e) xj= 2jaj
(f) xj=j2
(3a)j
(g) xj= (ln a
2+ 1)j(3
pj+ 1 3
pj).
(h) xj=jpj2+ 2(a+ 1)j+ 5
1(a+ 1)j.
Exercice 6. Etudier la convergence des suites (xj)jN0de terme général égal à
(a) xj=1
j,1
j+ 1
(b) xj=j
pj2,j!
jj
(c) xj= j
j+ 1,11
j2!
(d) xj=j, 1
j,(1)j
j2.
Exercice 7. Etablir que la suite (xj)jNdéfinie par récurrence selon
x0=3et xj+1 =p3+2xj, j N
converge vers 3.
Exercice 8. Etudier la convergence de la suite (xj)jNdéfinie par récurrence selon
x0>0et xj+1 =xj(2x2
j+ 1)
x2
j+ 5 , j N.
Exercice 9. Soit aR, étudier la convergence des suites (xj)jN0de terme général égal à
(a) xj=
j
X
k=0
1
j+k
(b) xj=
j
X
k=1
1
k(k+ 1)
(c) xj=1
j
j
X
k=1
k
a
Exercices proposés
Exercice 10. Etablir la convergence de la suite (xj)jN0lorsque
(a) xj=pj2+j+ 1 pj2j+ 1
(b) xj=j3
pj3+j2.
(c) xj=j3
j
(a1)2j1
Exercice 11. Etablir que la suite (xj)jNdéfinie par récurrence selon
x0=2et xj=p2 + xj1, j N0
converge vers 2.
Exercice 12. Etablir que, pour tout a > 0, la suite (rj)jNdéfinie par récurrence selon
r0>0et rj+1 =1
2rj+a
rj, j N
converge vers a.
Exercice 13. Etudier la convergence des suites (xj)jNdéfinies par récurrence selon
(a) x0=2et xj+1 =xj
3xj
, j N
(b) x0=3et xj+1 =p3+2xj, j N
(c) x0=2et xj+1 =2 + xj
1+2xj
, j N
Exercice 14. Etudier la convergence des suites (xj)jN0de terme général xjégal à
(a) xj=1 + a+. . . +j
a
j(a > 0)
(b) xj=1
j(1 + 2 + 3
3 + . . . +j
pj)
(c) xj=1
j
j
X
k=1
k2
k
(d) xj=
j
X
k=0
1
(j+k)2.
T. Kleyntssens et A. Deliège – Répétition 3-4
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