T. Ensembles finis et k-uplets. Exercices.

Sommaire

Principe additif 

Exercice n°1 (évènements disjoints)

On jette un dé à 6 faces, on lit sa face supérieure.

On note A, l’évènement obtenir un diviseur de 5.

On note B, l’évènement obtenir un nombre pair.

  1. Déterminer card(A), le cardinal de l’ensemble A qui correspond au nombre d’éléments de A

2. Déterminer card(B), le cardinal de l’ensemble B qui correspond au nombre d’éléments de B

3. En déduire A\cup B, le cardinal de l’ensemble A\cup B qui correspond au nombre d’éléments de [A\cup B.

Exercice n°2 (évènements disjoints)

On jette une pièce de monnaie trois fois de suite.

On note A, l’évènement obtenir exactement une fois face.

On note B, l’évènement obtenir le même résultat les trois fois.

  1. Déterminer card(A), le cardinal de l’ensemble A qui correspond au nombre d’éléments de A

2. Déterminer card(B), le cardinal de l’ensemble B qui correspond au nombre d’éléments de B

3. En déduire A\cup B, le cardinal de l’ensemble A\cup B qui correspond au nombre d’éléments de [A\cup B/latex].

Exercice n°3 (évènements non disjoints)

Dans un club de sport, 18 personnes font du tennis , 20 pratiquent la natation et 6 pratiquent les deux sports.

Combien de personnes pratiquent le tennis ou la natation.

On pourra noter T, l’évènement la personne pratique le tennis.

On pourra noter N, l’évènement la personne pratique la natation.

Exercice n°4 (évènements non disjoints)

Une entreprise de transport possède 250 véhicules.

Parmi eux 40 ont un défaut de freinage, 28 ont un défaut d’éclairage et 12 présentent les deux.

On pourra noter F, l’évènement le véhicule a un défaut de freinage.

On pourra noter E, l’évènement le véhicule a un défaut d’éclairage.

Combien de véhicules ont un défaut de freinage ou un défaut d’éclairage.

Exercice n°5 (évènements non disjoints)

Une classe de première générale compte 36 élèves.

20 ont choisi la spécialité mathématiques, 17  la spécialité SVT et 14 font choisi les deux.

  1. Combien d’élèves font spécialité mathématiques ou spécialité SVT ?

2. En déduire le nombre d’élèves qui ne font ni spécialité mathématiques , ni spécialité SVT.

Principe multiplicatif 

Exercice n°6

Dans un restaurant, on propose une formule plat + dessert à 12 euros.

Les plats proposés sont : entrecôte frites, filet de colin pomme vapeur et saucisse purée. 

Les desserts sont tarte tatin et île flottante.

Combien y’a-t-il de possibilités pour la formule à 12 euros.

Exercice n°7 

On considère l’ensemble E=\{as,2,3,…,10,valet,dame,roi\} et l’ensemble F=\{\diamondsuit,\heartsuit,\clubsuit,\spadesuit\}.

Que représente l’ensemble E\times F ? Combien possède-t-il d’éléments ?

k-uplets

Exercice n°8 

On considère l’ensemble E=\{P,F\}. Combien de 3-uplets de E peut-on former ?

Exercice n°9

Le code d’une valise comporte trois chiffres. Combien de codes peut-on former au total ?

Exercice n°10 

On jette un dé huit fois de suite et à chaque fois on note le numéro sur la face supérieure.

Combien d’issues contient l’univers de cette expérience ?

Exercice n°11 

Le numéro d’immatriculation d’une voiture comporte

  • deux lettres ( on ne peut pas prendre O,I,U)
  • trois chiffres entre 0 et 9
  • deux lettres ( on ne peut pas prendre O,I,U)

Combien de plaques d’immatriculation différentes peut-on créer ?

Exercice n°12 

De combien de façons différentes peut-on ranger 5 paires de chaussettes dans trois tiroirs ?
Il peut y avoir un ou deux tiroirs vides.

Nombre de parties d’un ensemble. 

Exercice n°13 

Soit l’ensemble E=\{1;2;3;4\}.

  1. Déterminer toutes les parties de l’ensemble E.

2. Déterminer de deux façons différentes le nombre de parties de l’ensemble E.

On jette un dé à 6 faces, on lit sa face supérieure.

On note A, l’évènement obtenir un diviseur de 5.

A=\{1;5\}.

On jette un dé à 6 faces, on lit sa face supérieure.

On note B, l’évènement obtenir un nombre pair.

B=\{2;4;6\}.

On jette un dé à 6 faces, on lit sa face supérieure.

On a montré précédemment que A=\{1;5\} et B=\{2;4;6\}.

Il n’y a aucune issue qui soit à la fois dans A et B, les ensembles A et B sont disjoints, donc 

card(A\cup B)=card(A)+card(B).

\hspace{2cm}=2+3.

\hspace{2cm}=5.

On jette une pièce de monnaie trois fois de suite.

On note A, l’évènement obtenir exactement une fois face.

On peut utiliser l’arbre suivant qui représente l’univers de l’expérience.

A=\{PPF;PFP;FPP\}.

card(A)=3

 

 

On jette une pièce de monnaie trois fois de suite.

On note B, l’évènement obtenir le même résultat les trois fois.

On peut utiliser l’arbre suivant qui représente l’univers de l’expérience.

B=\{PPP;FFF\}.

card(B)=2

 

 

On jette une pièce trois fois de suite.

On a montré précédemment que A=\{PPF;PFP;FPP\} et B=\{PPP;FFF\}.

Il n’y a aucune issue qui soit à la fois dans A et B, les ensembles A et B sont disjoints, donc 

card(A\cup B)=card(A)+card(B).

\hspace{2cm}=3+2.

\hspace{2cm}=5.

 

18 personnes font du tennis , 20 pratiquent la natation et 6 pratiquent les deux sports.

On pourra noter T, l’évènement la personne pratique le tennis.

On pourra noter N, l’évènement la personne pratique la natation.

On peut faire un diagramme de Venn pour visualiser la situation :

Ensuite on applique la formule du cours :

Les ensembles T et N ne sont pas disjoints car il y a 6 éléments qui appartiennent à la fois à T et N.

card(T\cup N)=card(T)+card(N)-card(T\cap N).

\hspace{2cm}=18+20-6.

\hspace{2cm}=32.

Une entreprise de transport possède 250 véhicules.

Parmi eux 40 ont un défaut de freinage, 28 ont un défaut d’éclairage et 12 présentent les deux.

On pourra noter F, l’évènement le véhicule a un défaut de freinage.

On pourra noter E, l’évènement le véhicule a un défaut d’éclairage.

Combien de véhicules ont un défaut de freinage ou un défaut d’éclairage.

On peut faire un diagramme de Venn pour visualiser la situation :

Ensuite on applique la formule du cours :

Les ensembles F et E ne sont pas disjoints car il y a 12 éléments qui appartiennent à la fois à F et E.

card(F\cup E)=card(F)+card(E)-card(F\cap E).

\hspace{2cm}=40+28-12.

\hspace{2cm}=56.

 

Une classe de première générale compte 36 élèves.

20 ont choisi la spécialité mathématiques, 17  la spécialité SVT et 14 font choisi les deux.

Combien d’élèves font spécialité mathématiques ou spécialité SVT ?

On peut faire un diagramme de Venn pour visualiser la situation :

Ensuite on applique la formule du cours :

Les ensembles M et S ne sont pas disjoints car il y a 14 éléments qui appartiennent à la fois à M et S.

card(M\cup S)=card(M)+card(S)-card(M\cap S).

\hspace{2cm}=20+17-14.

\hspace{2cm}=23.

Une classe de première générale compte 36 élèves.

20 ont choisi la spécialité mathématiques, 17  la spécialité SVT et 14 font choisi les deux.

On veut en déduire le nombre d’élèves qui ne font ni spécialité mathématiques , ni spécialité SVT.

On peut faire un diagramme de Venn pour visualiser la situation :

Ensuite on utilise le contraire :

Le contraire de : un élève ne fait ni spécialité mathématiques , ni spécialité SVT est l’élève fait spécialité mathématiques ou spécialité SVT.

36-card(M\cup S)=36-23.

\hspace{2.9cm}=13.

Il y a 13 élèves qui font ni mathématiques, ni SVT.

 

 

Dans un restaurant, on propose une formule plat + dessert à 12 euros.

On note P , l’ensemble des plats proposés.

P=\{ entrecôte frites, filet de colin pomme vapeur, saucisse purée \}

On note D , l’ensemble des desserts proposés.

D=\{ tarte tatin, île flottante \}

Les formules à 12 euros sont les couples du produit cartésien P\times D.

card(P\times D)=card(P)\times card(D)\\\hspace{2.1cm}=3\times 2\\\hspace{2.1cm}=6

Il y a donc 6 formules différentes dans ce restaurant.

On considère l’ensemble E=\{as,2,3,…,10,valet,dame,roi\} et l’ensemble F=\{\diamondsuit,\heartsuit,\clubsuit,\spadesuit\}.

Voici quelques exemples de couples du produit cartésien E\times F :(as,\diamondsuit), (10,\heartsuit). On comprend alors que le produit cartésien E\times F représente un jeu de cartes.

Pour déterminer le nombre d’éléments de E\times F on applique le résultat du cours suivant :

card(E\times F)=card(E)\times card(F)\\\hspace{2.05cm}=13\times 4\\\hspace{2.05cm}=52.

On considère l’ensemble E=\{P,F\}.

On veut déterminer le nombre de 3-uplets de E que l’on peut former.

On peut visualiser la situation avec un arbre.

Avec la méthode des cases vue en seconde.

Possibilités pour le 1er élément P ou F

Possibilités pour le 2ème élément P ou F

Possibilités pour le 3ème élément P ou F

2

2

2

Il y a donc 2\times 2 \times 2^3=8 cas possibles.

On applique le résultat du cours 

Si E contient n éléments, le nombre de k-uplets de E est n^k.

E contient 2 éléments, le nombre de 3-uplets de E est 2^3=8.

On peut donc former huit 3-uplets.

On considère l’ensemble E=\{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9\}.

On veut déterminer le nombre de codes possibles c’est-à-dire de 3-uplets de E que l’on peut former.

On peut visualiser la situation avec la méthode des cases vue en seconde.

Possibilités pour le 1er élément 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

Possibilités pour le 2nd élément 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

Possibilités pour le 3ème élément 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9

10

10

10

Il y a donc 10\times 10 \times 10=10^3=1000 cas possibles.

On applique le résultat du cours 

Si E contient n éléments, le nombre de k-uplets de E est n^k.

E contient 10 éléments, le nombre de 3-uplets de E est 10^3=1000.

On peut donc former mille 3-uplets. Il y a donc 1000 codes possibles.

On jette un dé huit fois de suite et à chaque fois on note le numéro indiqué sur la face supérieure.

On veut déterminer le nombre d’issues que contient l’univers de cette expérience.

On considère l’ensemble E=\{1,2,3,4,5,6\}.

On veut déterminer le nombre d’issues de l’expérience c’est-à-dire le nombre de 8-uplets de E que l’on peut former.

On peut visualiser la situation avec la méthode des cases vue en seconde.

Choix pour le 1er élément

1,2,3,4,5 ou 6

Choix pour le 2ème élément

1,2,3,4,5 ou 6

Choix pour le 8ème élément

1,2,3,4,5 ou 6

666

Il y a donc 6\times 6 \times…\times 6=6^8=1679616 cas possibles.

On applique le résultat du cours 

Si E contient n éléments, le nombre de k-uplets de E est n^k.

E contient 6 éléments, le nombre de 8-uplets de E est 6^8=1679616.

On peut donc former 1679616 8-uplets. Il y a donc 1679616 issues possibles.

 

 

Le numéro d’immatriculation d’une voiture comporte

  • deux lettres ( on ne peut pas prendre O,I,U)
  • trois chiffres entre 0 et 9
  • deux lettres ( on ne peut pas prendre O,I,U)

On veut déterminer le nombre plaques d’immatriculation différentes que l’on peut créer.

On peut visualiser la situation avec la méthode des cases vue en seconde.

lettre 1

lettre 2

chiffre 1

chiffre 2

chiffre 3

lettre 3

lettre 4

23 choix

23 choix

10 choix

10 choix

10 choix

23 choix

23 choix

Il y a donc 23\times 23 \times 10\times 10 \times10 \times23\times 23=23^2\times 10^3 \times 23^2=279841000 cas possibles.

On applique les résultats du cours 

On note A l’ensemble des 2-uplets de l’ensemble formé par les 23 lettres de l’alphabet qu’on utilise. Il y en a 23^2.

On note C l’ensemble des 3-uplets de l’ensemble formé par les dix chiffres \{0.1,2,3,4,5,6,7,8,9\}. Il y en a 10^3.

L’ensemble de toutes les plaques d’immatriculation possibles est l’ensemble A\times B \times A.

card(A\times B \times A)=card(A)\times card(B) \times card(A)\\\hspace{2.75cm}=23^2\times 10^3 \times 23^2\\\hspace{2.75cm}=279841000

Le nombre de plaques d’immatriculation différentes que l’on peut créer est 279841000

 

 

De combien de façons différentes peut-on ranger 5 paires de chaussettes dans trois tiroirs ? Il peut y avoir un ou deux tiroirs vides.

Dans l’énoncé, il y a deux nombres 3 et 5.

Soit on compte les 3-uplets dans l’ensemble

C=\{c_1;c_2;c_3;c_4;c_5\}.

Voici des exemples de 3-uplets : c_1c_1c_3 , c_2c_3c_5. Ces 3-uplets ne correspondent pas à grand chose. 

Soit on compte les 5-uplets dans l’ensemble

T=\{t_1;t_2;t_3\}

Voici des exemples de 5-uplets : t_1t_1t_2t_3t_3 , t_1t_1t_1t_1t_1.

Le 5-uplet suivant t_1t_1t_2t_3t_3 signifie que la paire de chaussettes n°1 se trouve dans le tiroir n°1, la paire de chaussettes n°2 se trouve dans le tiroir n°1, la paire de chaussettes n°3 se trouve dans le tiroir n°2, la paire de chaussettes n°4 se trouve dans le tiroir n°3, la paire de chaussettes n°5 se trouve dans le tiroir n°3.

Le 5-uplet suivant t_1t_1t_1t_1t_1 signifie que toutes les paires de chaussettes se trouvent dans le tiroir n°1.

Pour déterminer le nombre de façons différentes de ranger 5 paires de chaussettes dans trois tiroirs , on compte les 5-uplets dans l’ensemble T=\{t_1;t_2;t_3\}.

Il y en a 3^5=243.

Il y a 243 façons différentes de ranger 5 paires de chaussettes dans trois tiroirs. 

 

 

Les parties de E sont : \varnothing , \{1\} , \{2\} , \{3\}, \{4\}  , \{1,2\} , \{1,3\} , \{1,4\} , \{2,3\} , \{2,4\} , \{3,4\} \{1,2,3\}, \{1,2,4\} , \{1,3,4\} , \{2,3,4\}, [latex]\{1,2,3,4\}.

Méthode n°1

Dans la question précédente, on a déterminé les parties de E:

\varnothing , \{1\} , \{2\} , \{3\}, \{4\}  , \{1,2\} , \{1,3\} , \{1,4\} , \{2,3\} , \{2,4\} , \{3,4\} \{1,2,3\}, \{1,2,4\} , \{1,3,4\} , \{2,3,4\}, [latex]\{1,2,3,4\}.

Il y en a 16.

Méthode n°2

On peut appliquer le résultat du cours suivant :

Si E contient n éléments, le nombre de parties de E est 2^n.

Comme E=\{1,2,3,4\}, il contient 4 éléments.

Le nombre de parties de E est égal à 2^4=16.

Réponse:

\overrightarrow{DC}=\overrightarrow{HG}.

Résoudre graphiquement f(x)=1

C’est une autre façon de demander de déterminer graphiquement les antécédents de 1.

Je place 1 sur l’axe des ordonnées, je trace alors la parallèle à l’axe des abscisses passant par 1 toute entière. Je repère les points d’intersection avec la courbe. Les abscisses de ces points sont les antécédents de 1.

Les antécédents sont -2 et 2.

Donc S=\{-2;2\}

Remarque : comme on demande de résoudre une équation, il faut écrire ainsi l’ensemble des solutions.