QCM : Nombres réels et bornes (24 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractérisation définit l’ensemble des nombres rationnels Q\mathbb{Q} ?

Les entiers relatifs auxquels on ajoute les nombres naturels
Les quotients a/10na/10^n d’un entier par une puissance de dix
Les nombres dont le développement décimal est fini
Les quotients p/qp/q d’entiers, avec qq non nul

Les quotients $$p/q$$ d’entiers, avec $$q$$ non nul

Explication

Un rationnel s’écrit comme le quotient de deux entiers dont le dénominateur est non nul. La forme avec une puissance de dix au dénominateur caractérise les nombres décimaux, qui ne représentent qu’une partie des rationnels.

2. Un nombre s’écrit −37/1000-37/1000 ; à quel ensemble appartient-il en vertu de cette écriture ?

À l’ensemble D\mathbb{D} des nombres décimaux, inclus dans Q\mathbb{Q}
À l’ensemble des entiers relatifs, inclus dans Q\mathbb{Q}
À l’ensemble Q\mathbb{Q}, mais pas à l’ensemble D\mathbb{D}
À l’ensemble des irrationnels, inclus dans R\mathbb{R}

À l’ensemble $$\mathbb{D}$$ des nombres décimaux, inclus dans $$\mathbb{Q}$$

Explication

Le dénominateur 10001000 est une puissance de dix, donc ce nombre appartient à D\mathbb{D}, lequel est inclus dans Q\mathbb{Q}. Un nombre de cette forme est rationnel, mais il n’est pas pour autant exclu des nombres décimaux.

3. Quel critère permet de reconnaître qu’un nombre réel est rationnel à partir de son développement décimal ?

Son développement est fini, mais ne comporte pas de chiffres après la virgule
Son développement est fini ou infini périodique
Son développement est infini et ne présente aucun motif répété
Son développement est infini et comporte une suite de chiffres quelconque

Son développement est fini ou infini périodique

Explication

Un réel est rationnel si et seulement si son développement décimal est fini ou infini périodique. Un développement infini non périodique correspond au cas opposé et ne permet pas de conclure que le nombre est rationnel.

4. Quelles solutions de l’équation x2−2=0x^2-2=0 illustrent que R\mathbb{R} contient des nombres qui n’appartiennent pas à Q\mathbb{Q} ?

00 et 22
22 et −2-2
12\frac{1}{2} et −12-\frac{1}{2}
2\sqrt{2} et −2-\sqrt{2}

$$\sqrt{2}$$ et $$-\sqrt{2}$$

Explication

L’équation équivaut à x2=2x^2=2 et a pour solutions 2\sqrt{2} et −2-\sqrt{2}, qui sont réelles et irrationnelles. Les nombres entiers et les fractions proposés dans d’autres choix sont rationnels.

5. Comment caractérise-t-on l’ensemble des nombres irrationnels parmi les nombres réels ?

Comme les réels qui n’appartiennent pas à Q\mathbb{Q}
Comme les nombres qui ne peuvent pas être représentés sur une droite graduée
Comme les réels qui ne sont pas solutions d’une équation du second degré
Comme les rationnels dont le développement décimal est infini périodique

Comme les réels qui n’appartiennent pas à $$\mathbb{Q}$$

Explication

Les irrationnels sont précisément les éléments de R∖Q\mathbb{R}\setminus\mathbb{Q}. Les développements décimaux infinis périodiques caractérisent au contraire des nombres rationnels.

6. Dans une preuve par contradiction de l’irrationalité de 2\sqrt{2}, quelle contradiction découle de p2=2q2p^2=2q^2 si p/qp/q est supposée irréductible ?

pp est pair et qq est impair, donc leur PGCD vaut 1
pp et qq sont tous deux pairs, donc leur PGCD ne vaut pas 1
pp et qq sont tous deux impairs, donc leur quotient vaut 2
p2p^2 est impair et 2q22q^2 est pair, donc l’égalité est possible

$$p$$ et $$q$$ sont tous deux pairs, donc leur PGCD ne vaut pas 1

Explication

De p2=2q2p^2=2q^2, on déduit que pp est pair, puis que qq l’est aussi ; ils ont donc un facteur commun 2. Cela contredit l’hypothèse que la fraction p/qp/q est irréductible.

7. Quelle structure les opérations usuelles d’addition et de multiplication confèrent-elles à R\mathbb{R} ?

Une structure de groupe pour l’addition, sans multiplication définie
Une structure de corps non commutatif où l’addition est distributive sur la multiplication
Une structure de corps commutatif où la multiplication est distributive sur l’addition
Une structure d’ensemble ordonné où la multiplication n’interagit pas avec l’addition

Une structure de corps commutatif où la multiplication est distributive sur l’addition

Explication

Avec l’addition et la multiplication usuelles, R\mathbb{R} est un corps commutatif et la multiplication est distributive sur l’addition. La distributivité décrit précisément un lien entre ces deux opérations, et non une absence d’interaction.

8. Pourquoi la relation ≤\leq fait-elle de R\mathbb{R} un ensemble totalement ordonné ?

Parce qu’elle est réflexive, antisymétrique et transitive, et que chaque paire de réels est comparable
Parce qu’elle est symétrique et transitive, et que chaque paire de réels est comparable
Parce qu’elle est antisymétrique et que chaque réel est comparable avec lui-même
Parce qu’elle est réflexive et transitive, même si certaines paires de réels restent incomparables

Parce qu’elle est réflexive, antisymétrique et transitive, et que chaque paire de réels est comparable

Explication

L’ordre usuel sur R\mathbb{R} possède les propriétés de réflexivité, d’antisymétrie et de transitivité, et toute paire de réels est comparable. Un ordre partiel peut respecter les propriétés d’ordre sans rendre toutes les paires comparables.

9. Pour un réel négatif xx, quelle expression donne sa valeur absolue ?

00
xx
x2x^2
−x-x

$$-x$$

Explication

Comme x<0x<0, la définition de la valeur absolue donne ∣x∣=−x|x|=-x. L’expression xx correspond au cas où le réel est positif ou nul.

10. Si a>0a>0, quel ensemble décrit les réels xx tels que ∣x∣≤a|x|\leq a ?

Les réels vérifiant x≤−ax\leq -a ou x≥ax\geq a
Les réels vérifiant −a≤x≤a-a\leq x\leq a
Les réels vérifiant −a<x<a-a<x<a
Les réels vérifiant 0≤x≤a0\leq x\leq a

Les réels vérifiant $$-a\leq x\leq a$$

Explication

La condition ∣x∣≤a|x|\leq a équivaut à −a≤x≤a-a\leq x\leq a, avec les deux bornes incluses. L’intervalle ouvert exclut les cas x=−ax=-a et x=ax=a, qui satisfont pourtant l’inégalité.

11. Pour deux réels xx et yy, quelle affirmation exprime l’inégalité triangulaire ?

∣x+y∣=∣x∣+∣y∣|x+y|=|x|+|y| et ∣x−y∣=∣x∣+∣y∣|x-y|=|x|+|y|
∣x+y∣≤∣x∣+∣y∣|x+y|\leq |x|+|y| et ∣x−y∣≤∣x∣+∣y∣|x-y|\leq |x|+|y|
∣x+y∣≥∣x∣+∣y∣|x+y|\geq |x|+|y| et ∣x−y∣≥∣x∣+∣y∣|x-y|\geq |x|+|y|
∣x+y∣≤∣x∣+∣y∣|x+y|\leq |x|+|y| et ∣x−y∣≥∣x∣+∣y∣|x-y|\geq |x|+|y|

$$|x+y|\leq |x|+|y|$$ et $$|x-y|\leq |x|+|y|$$

Explication

L’inégalité triangulaire fournit les deux majorations par la somme ∣x∣+∣y∣|x|+|y|. Remplacer ces majorations par des égalités n’est pas valide pour tous les réels, car les signes de xx et yy peuvent entraîner une compensation.

12. Quelle expression représente la distance entre deux réels xx et yy ?

∣x∣+∣y∣|x|+|y|
∣x−y∣|x-y|
∣x∣|x|
x−yx-y

$$|x-y|$$

Explication

La distance entre deux réels est définie par d(x,y)=∣x−y∣d(x,y)=|x-y|, ce qui ne dépend pas de l’ordre choisi pour les deux points. L’expression ∣x∣|x| mesure plutôt la distance de xx à zéro.

13. Comment définir la partie entière E(x)E(x) d’un réel xx ?

Le plus grand entier relatif strictement inférieur à xx
Le plus grand entier relatif inférieur ou égal à xx
L’entier relatif le plus proche de xx
Le plus petit entier relatif supérieur ou égal à xx

Le plus grand entier relatif inférieur ou égal à $$x$$

Explication

La partie entière est le plus grand entier nn tel que n≤xn\leq x. L’entier supérieur ou égal à xx correspond à une autre règle d’arrondi, et non à cette définition.

14. Quel encadrement caractérise l’unique entier E(x)E(x) pour un réel xx ?

E(x)<x≤E(x)+1E(x)<x\leq E(x)+1
E(x)−1<x≤E(x)E(x)-1<x\leq E(x)
E(x)≤x≤E(x)+1E(x)\leq x\leq E(x)+1
E(x)≤x<E(x)+1E(x)\leq x<E(x)+1

$$E(x)\leq x<E(x)+1$$

Explication

La partie entière est l’entier situé immédiatement en dessous de xx ou égal à xx, d’où E(x)≤x<E(x)+1E(x)\leq x<E(x)+1. Pour un réel non entier, l’encadrement strict du côté gauche est incorrect.

15. Une partie non vide II de R\mathbb{R} est un intervalle si, dès que x<yx<y appartiennent à II, quelle condition est satisfaite ?

Tous les entiers de [x,y][x,y] appartiennent à II
Tous les réels situés hors de [x,y][x,y] appartiennent à II
Tous les réels de [x,y][x,y] appartiennent à II
Les extrémités xx et yy sont exclues de II

Tous les réels de $$[x,y]$$ appartiennent à $$I$$

Explication

Un intervalle contient tout réel compris entre deux de ses éléments, donc [x,y]⊂I[x,y]\subset I. La condition ne porte pas seulement sur les entiers compris entre ces deux éléments.

16. Pour a<ba<b, quel intervalle contient aa mais exclut bb ?

]a,b]]a,b]
[a,b[[a,b[
]a,b[]a,b[
[a,b][a,b]

$$[a,b[$$

Explication

Dans [a,b[[a,b[, le crochet à gauche inclut aa et le crochet ouvert à droite exclut bb. L’intervalle ]a,b]]a,b] fait le contraire : il exclut aa et inclut bb.

17. Quel critère caractérise un réel MM comme majorant d’une partie AA de R\mathbb{R} ?

Tout élément de AA est inférieur ou égal à MM.
Le réel MM est le plus petit élément de AA.
Tout élément de AA est supérieur ou égal à MM.
Le réel MM appartient à AA et dépasse les autres éléments.

Tout élément de $$A$$ est inférieur ou égal à $$M$$.

Explication

Un majorant est un réel qui est supérieur ou égal à chacun des éléments de la partie. L’appartenance à AA n’est pas requise pour être un majorant.

18. Pour qu’un réel mm soit un minorant de A⊂RA\subset\mathbb{R}, quelle condition doit-il satisfaire ?

Chaque élément de AA est inférieur ou égal à mm.
Chaque élément de AA est supérieur ou égal à mm.
Le réel mm appartient à AA et est son plus grand élément.
Le réel mm est le plus petit des majorants de AA.

Chaque élément de $$A$$ est supérieur ou égal à $$m$$.

Explication

Un minorant se situe en dessous de tous les éléments de AA, au sens où chacun est supérieur ou égal à lui. Un minorant n’a pas besoin d’appartenir à AA.

19. Une partie AA de R\mathbb{R} possède à la fois un majorant et un minorant. Comment la caractérise-t-on ?

Elle est finie : elle contient un nombre limité d’éléments.
Elle est positive : tous ses éléments sont supérieurs ou égaux à zéro.
Elle admet un maximum et un minimum appartenant à la partie.
Elle est bornée : ses éléments sont compris entre deux réels fixes.

Elle est bornée : ses éléments sont compris entre deux réels fixes.

Explication

Une partie est bornée lorsqu’il existe des réels mm et MM tels que m≤x≤Mm\leq x\leq M pour tout x∈Ax\in A. Être bornée n’implique pas que les bornes soient des éléments de la partie.

20. Un ensemble possède plusieurs majorants, mais aucun de ces majorants n’appartient à l’ensemble. Que peut-on conclure sur son maximum ?

Il a pour maximum le plus petit de ses majorants, même s’il est extérieur.
Il a pour maximum son plus grand minorant, qu’il appartienne ou non à l’ensemble.
Il a un maximum dès qu’il possède au moins un majorant.
Il n’a pas de maximum, car un maximum doit appartenir à l’ensemble.

Il n’a pas de maximum, car un maximum doit appartenir à l’ensemble.

Explication

Le maximum doit être à la fois un majorant et un élément de l’ensemble; les majorants extérieurs ne sont donc pas des maxima. Le plus petit majorant peut être une borne supérieure sans appartenir à l’ensemble.

21. Pourquoi l’ensemble N\mathbb{N} n’est-il pas majoré dans R\mathbb{R} ?

Pour tout réel xx, il existe un naturel nn tel que n>xn>x.
Les naturels possèdent une borne supérieure qui n’est pas un réel.
Chaque naturel est inférieur à tous les réels strictement positifs.
Tout réel positif appartient à N\mathbb{N}, ce qui empêche de le majorer.

Pour tout réel $$x$$, il existe un naturel $$n$$ tel que $$n>x$$.

Explication

La propriété d’Archimède garantit qu’un naturel dépasse n’importe quel réel donné, donc aucun réel ne peut majorer N\mathbb{N}. Le fait que des réels positifs n’appartiennent pas aux naturels n’explique pas l’absence de majorant.

22. Quel résultat garantit l’existence d’une borne supérieure pour une partie non vide de R\mathbb{R} qui est majorée ?

Toute partie non vide possède une borne supérieure, même si elle n’est pas majorée.
Toute partie non vide majorée possède un maximum dans la partie.
Toute partie non vide majorée admet une borne supérieure.
Toute partie majorée, même vide, admet une borne supérieure réelle.

Toute partie non vide majorée admet une borne supérieure.

Explication

Toute partie non vide de R\mathbb{R} qui est majorée admet une borne supérieure. Ce résultat ne garantit pas l’existence d’un maximum appartenant à la partie.

23. Une partie non vide A⊂RA\subset\mathbb{R} est majorée. Quelle condition caractérise M=sup⁡AM=\sup A au moyen de tout ε>0\varepsilon>0 ?

Tout x∈Ax\in A vérifie x≥Mx\geq M et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x<M+εx<M+\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x<Mx<M et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x≤M−εx\leq M-\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x≤Mx\leq M et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x<M−εx<M-\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x≤Mx\leq M et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x>M−εx>M-\varepsilon.

Tout $$x\in A$$ vérifie $$x\leq M$$ et, pour tout $$\varepsilon>0$$, un $$x\in A$$ vérifie $$x>M-\varepsilon$$.

Explication

La borne supérieure majore la partie, et des éléments de celle-ci se trouvent à moins de ε\varepsilon sous MM, aussi près de MM qu’on le souhaite. La condition x≥Mx\geq M décrit une relation incompatible avec le rôle de majorant.

24. Une partie non vide A⊂RA\subset\mathbb{R} est minorée. Quelle condition caractérise m=inf⁡Am=\inf A ?

Tout x∈Ax\in A vérifie x≥mx\geq m et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x<m+εx<m+\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x≤mx\leq m et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x>m−εx>m-\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x≥mx\geq m et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x>m+εx>m+\varepsilon.
Tout x∈Ax\in A vérifie x>mx>m et, pour tout ε>0\varepsilon>0, un x∈Ax\in A vérifie x≥m+εx\geq m+\varepsilon.

Tout $$x\in A$$ vérifie $$x\geq m$$ et, pour tout $$\varepsilon>0$$, un $$x\in A$$ vérifie $$x<m+\varepsilon$$.

Explication

La borne inférieure est un minorant, et des éléments de la partie se trouvent à moins de ε\varepsilon au-dessus de mm. La condition x≤mx\leq m exprime plutôt que mm majore la partie.

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Comment s’écrit l’ensemble des nombres rationnels ?

Q={p/q∣p∈Z, q∈Z∖{0}}\mathbb{Q}=\{p/q\mid p\in\mathbb{Z},\ q\in\mathbb{Z}\setminus\{0\}\}.

Dans quel ensemble peut-on choisir le dénominateur d’un rationnel ?

Dans N∗\mathbb{N}^*.

Comment s’écrit l’ensemble des nombres décimaux ?

D={a/10n∣a∈Z, n∈N}\mathbb{D}=\{a/10^n\mid a\in\mathbb{Z},\ n\in\mathbb{N}\}.

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