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2nde · Nombres et calculs

Intervalles de nombres réels

Qu'est-ce qu'un intervalle ?

Un intervalle est un sous-ensemble de R\mathbb{R} formé de tous les nombres réels compris entre deux bornes (ou allant jusqu'à l'infini).

Les différents types d'intervalles


NotationDescriptionExemple représenté
|---|---|---|







[a;b][a;b]bornes incluses (aa et bb en font partie)xx tel que axba \leqslant x \leqslant b
]a;b[]a;b[bornes excluesxx tel que a<x<ba < x < b
[a;b[[a;b[aa inclus, bb excluxx tel que ax<ba \leqslant x < b
]a;b]]a;b]aa exclu, bb inclusxx tel que a<xba < x \leqslant b
[a;+[[a;+\infty[tous les réels a\geqslant axx tel que xax \geqslant a
];a]]-\infty;a]tous les réels a\leqslant axx tel que xax \leqslant a
];+[]-\infty;+\infty[R\mathbb{R} tout entiertous les réels

Remarque : ++\infty et -\infty ne sont pas des nombres réels : un crochet à côté de l'infini est toujours ouvert, c'est-à-dire ]] ou [[ tourné « vers l'extérieur ».

Représentation sur une droite numérique

On représente un intervalle par un trait épais entre les deux bornes :
- un point plein (ou crochet fermé) indique que la borne est incluse ;
- un point vide (ou crochet ouvert) indique que la borne est exclue.

Exemple : [2;3[[-2;3[ se représente par un trait de 2-2 (point plein) à 33 (point vide).

Union et intersection d'intervalles

- L'intersection IJI \cap J contient les réels qui appartiennent à la fois à II et à JJ.
- La réunion IJI \cup J contient les réels qui appartiennent à II ou à JJ (ou aux deux).

📌 Méthode : pour déterminer IJI \cap J ou IJI \cup J, il est très utile de placer les deux intervalles sur une même droite numérique, l'un sous l'autre, pour visualiser les parties communes.

Exemple : soit I=[1;4]I = [-1;4] et J=[2;7]J = [2;7].
- IJ=[2;4]I \cap J = [2;4] (la partie commune, entre 22 et 44).
- IJ=[1;7]I \cup J = [-1;7] (car les deux intervalles se chevauchent, on peut les réunir en un seul intervalle continu).

Exemple (intervalles disjoints) : soit I=[0;2]I = [0;2] et J=[5;8]J = [5;8]. Comme II et JJ n'ont aucun réel en commun, IJ=I \cap J = \varnothing (l'ensemble vide), et IJI \cup J ne peut pas s'écrire comme un seul intervalle : on le laisse sous la forme [0;2][5;8][0;2] \cup [5;8].

Exemples

✅ Exemple simple — Écrire un intervalle

L'ensemble des réels xx tels que 3<x5-3 < x \leqslant 5 s'écrit ]3;5]]-3;5] (borne de gauche exclue, borne de droite incluse).

📘 Exemple intermédiaire — Intersection de deux intervalles

Soit I=];4]I = ]-\infty;4] et J=[2;+[J = [-2;+\infty[. Alors IJ=[2;4]I \cap J = [-2;4] : ce sont les réels à la fois 4\leqslant 4 et 2\geqslant -2.

🔴 Exemple avancé — Réunion de deux intervalles disjoints

Soit I=[1;3[I = [1;3[ et J=]3;6]J = ]3;6]. Le réel 33 n'appartient ni à II ni à JJ (il est exclu des deux côtés). Donc IJ=[1;3[]3;6]I \cup J = [1;3[\,\cup\,]3;6], qui n'est pas un intervalle unique car le point 33 « manque » : on ne peut pas le simplifier en [1;6][1;6].

À retenir

- Un crochet fermé ([[ ou ]] tourné vers l'intérieur) signifie que la borne est incluse.
- Un crochet ouvert signifie que la borne est exclue ; les bornes infinies sont toujours notées avec un crochet ouvert.
- IJI \cap J : ce qui est commun aux deux intervalles. IJI \cup J : ce qui appartient à l'un ou l'autre.
- Toujours représenter les intervalles sur une droite numérique pour visualiser une union ou une intersection.

Exercices de la leçon

Exercice 1

Comment s'écrit l'ensemble des réels xx tels que 2x<92 \leqslant x < 9 ?

Corrigé

La borne 22 est incluse (crochet fermé [[) car \leqslant, et la borne 99 est exclue (crochet ouvert [[) car <<. On obtient [2;9[[2;9[.

Exercice 2

L'intervalle ];5]]-\infty;5] contient le nombre 55.

Corrigé

Le crochet ]] devant 55 est fermé (tourné vers l'intérieur), donc 55 est inclus dans l'intervalle ];5]]-\infty;5].

Exercice 3

Soit I=[5;2]I = [-5;2] et J=[0;8]J = [0;8]. Que vaut IJI \cap J ?

Corrigé

L'intersection contient les réels communs aux deux intervalles : ceux qui sont à la fois 5\geqslant -5, 2\leqslant 2, 0\geqslant 0 et 8\leqslant 8, soit [0;2][0;2].

Exercice 4

Soit I=];1[I = ]-\infty;-1[ et J=[1;+[J = [-1;+\infty[. Que vaut IJI \cup J ?

Corrigé

II contient tous les réels strictement inférieurs à 1-1, et JJ contient tous les réels supérieurs ou égaux à 1-1. Ensemble, ils couvrent tout R\mathbb{R}, donc IJ=R=];+[I \cup J = \mathbb{R} = ]-\infty;+\infty[.

Exercice 5

Soit I=[4;3[I = [-4;3[ et J=]1;6]J = ]1;6]. Détermine IJI \cap J et IJI \cup J, en justifiant.

Corrigé

On compare les bornes des deux intervalles sur une droite numérique : l'intersection garde la borne de gauche la plus grande et la borne de droite la plus petite (avec leur statut ouvert/fermé d'origine) ; la réunion, quand les intervalles se chevauchent, garde la borne de gauche la plus petite et la borne de droite la plus grande.

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