Cours

1. Les intervalles de ℝ

Un intervalle est un ensemble de nombres réels vérifiant une ou deux inégalités. Il se représente par une partie continue de la droite réelle.

ℝ = ]−∞ ; +∞[.

2. Intervalles bornés

Condition sur x Intervalle Bornes
a ≤ x ≤ b [a ; b] a et b incluses
a < x < b ]a ; b[ a et b exclues
a ≤ x < b [a ; b[ a incluse, b exclue
a < x ≤ b ]a ; b] a exclue, b incluse

Lecture des crochets : une borne est incluse lorsque l’inégalité comporte ≤ ou ≥ ; elle est exclue lorsque l’inégalité comporte < ou >.

Exemple : ]−1 ; 3]

]−1 ; 3] est l’ensemble des réels x tels que −1 < x ≤ 3.

Donc −1 ∉ ]−1 ; 3] et 3 ∈ ]−1 ; 3].

−1 exclu 3 inclus ]−1 ; 3]

Lecture graphique : la partie bleue représente tous les nombres compris entre −1 et 3. Le crochet est ouvert en −1 et fermé en 3.

3. Intervalles non bornés

Condition Intervalle Lecture
x ≥ a [a ; +∞[ réels supérieurs ou égaux à a
x > a ]a ; +∞[ réels strictement supérieurs à a
x ≤ a ]−∞ ; a] réels inférieurs ou égaux à a
x < a ]−∞ ; a[ réels strictement inférieurs à a

Attention : +∞ et −∞ ne sont pas des nombres réels. Ils ne peuvent jamais être inclus : le crochet est toujours ouvert du côté de l’infini.

4. Passer d’une inégalité à un intervalle

  1. Repérer la ou les bornes.
  2. Déterminer si chaque borne est incluse ou exclue.
  3. Écrire les crochets et vérifier le côté de l’infini.
  4. Contrôler la traduction sur une droite graduée.

−2 ≤ x < 5 ⇔ x ∈ [−2 ; 5[

x > 3 ⇔ x ∈ ]3 ; +∞[

x ≤ −1 ⇔ x ∈ ]−∞ ; −1]

5. Passer d’un intervalle à une inégalité

x ∈ ]−4 ; 2] ⇔ −4 < x ≤ 2

x ∈ [1 ; +∞[ ⇔ x ≥ 1

x ∈ ]−∞ ; 7[ ⇔ x < 7

6. Tester une appartenance

Pour savoir si un réel appartient à un intervalle, on vérifie l’inégalité correspondante.

2 ∈ [−1 ; 2], car −1 ≤ 2 ≤ 2 ; mais 2 ∉ [−1 ; 2[, car la borne 2 est exclue.

À ne pas confondre : un nombre appartient à un intervalle (∈), tandis qu’un intervalle est inclus dans ℝ (⊂).

7. Intersection et réunion d’intervalles

Soient les intervalles A = [−3 ; 2] et B = [0 ; 5[.

Intersection

L’intersection de A et B, notée A ∩ B, contient les nombres qui appartiennent à la fois à A et à B.

La partie commune aux deux intervalles va de 0 à 2, bornes comprises :

A ∩ B = [0 ; 2].

Réunion

La réunion de A et B, notée A ∪ B, contient les nombres qui appartiennent à A ou à B, éventuellement aux deux.

Comme les deux intervalles se recouvrent, leur réunion forme un seul intervalle :

A ∪ B = [−3 ; 5[.

À retenir :

∩ signifie « et » : on conserve uniquement la partie commune.

∪ signifie « ou » : on rassemble toutes les valeurs des deux intervalles.

Exemple avec deux intervalles disjoints

Si C = [−4 ; −2] et D = [1 ; 3], alors C et D n’ont aucune valeur commune.

C ∩ D = ∅ et C ∪ D = [−4 ; −2] ∪ [1 ; 3].

Dans ce cas, la réunion ne peut pas s’écrire sous la forme d’un seul intervalle.

8. Valeur absolue et distance

La valeur absolue d’un réel a, notée |a|, est sa distance à 0 sur la droite réelle.

|5| = 5 ; |−3| = 3 ; |0| = 0.

La distance entre deux réels a et b est |a − b|, et |a − b| = |b − a|.

Exemple : la distance entre −3 et 5 vaut |5 − (−3)| = 8.

9. Caractériser un intervalle par une distance

Pour r ≥ 0 :

|x − a| ≤ r ⇔ a − r ≤ x ≤ a + r ⇔ x ∈ [a − r ; a + r]

L’intervalle [a − r ; a + r] a pour centre a, pour rayon r et pour amplitude 2r.

Exemple

|x − 2| ≤ 4 ⇔ −4 ≤ x − 2 ≤ 4 ⇔ −2 ≤ x ≤ 6.

L’ensemble des solutions est [−2 ; 6] : centre 2, rayon 4, amplitude 8.

Exercices d'entrainement

Exercice 1 — Traduire

  1. Écrire sous forme d’intervalle : −3 ≤ x < 4.
  2. Écrire sous forme d’intervalle : x > 5.
  3. Écrire sous forme d’inégalité : x ∈ ]−2 ; 7].
  4. Écrire sous forme d’inégalité : x ∈ ]−∞ ; 6[.
Afficher la correction
  1. x ∈ [−3 ; 4[. Le symbole ≤ inclut −3 : crochet fermé. Le symbole < exclut 4 : crochet ouvert.
  2. x ∈ ]5 ; +∞[. La borne 5 est exclue car l’inégalité est stricte. Du côté de l’infini, le crochet est toujours ouvert.
  3. −2 < x ≤ 7. La borne −2 est exclue et la borne 7 est incluse.
  4. x < 6. L’intervalle contient tous les réels strictement inférieurs à 6 ; il n’impose aucune borne inférieure finie.

Exercice 2 — Appartenance

Compléter par ∈ ou ∉ :

  1. 5 … ]1 ; 5]
  2. 1 … ]1 ; 5]
  3. −2 … [−2 ; 3[
  4. 3 … [−2 ; 3[
Afficher la correction
  1. 5 ∈ ]1 ; 5] : le crochet fermé en 5 indique que cette borne est incluse.
  2. 1 ∉ ]1 ; 5] : le crochet ouvert en 1 exclut cette borne.
  3. −2 ∈ [−2 ; 3[ : le crochet fermé en −2 inclut cette borne.
  4. 3 ∉ [−2 ; 3[ : le crochet ouvert en 3 exclut cette borne.

Exercice 3 — Distance et intervalle

  1. Calculer |−7| puis la distance entre −2 et 5.
  2. Résoudre |x − 3| ≤ 2 et donner l’intervalle obtenu.
  3. Donner le centre, le rayon et l’amplitude de [−4 ; 8].
Afficher la correction
  1. |−7| = 7. La valeur absolue mesure la distance à zéro. La distance entre −2 et 5 vaut |5 − (−2)| = |7| = 7.
  2. |x − 3| ≤ 2 signifie que x est à une distance au plus égale à 2 de 3. Ainsi −2 ≤ x − 3 ≤ 2. En ajoutant 3 aux trois membres : 1 ≤ x ≤ 5. L’ensemble des solutions est donc [1 ; 5].
  3. Pour [−4 ; 8], le centre est (−4 + 8)/2 = 2. Le rayon vaut (8 − (−4))/2 = 6. L’amplitude vaut 8 − (−4) = 12.

Exercice 4 — Intersection et réunion

On considère I = [−2 ; 4] et J = ]1 ; 6[.

  1. Déterminer I ∩ J.
  2. Déterminer I ∪ J.
  3. Représenter les deux résultats sur une droite graduée.
Afficher la correction
  1. I ∩ J = ]1 ; 4]. L’intersection contient les nombres appartenant aux deux intervalles. Ils sont strictement supérieurs à 1 et inférieurs ou égaux à 4. La borne 1 est exclue par J ; la borne 4 appartient aux deux intervalles.
  2. I ∪ J = [−2 ; 6[. La réunion contient les nombres appartenant à au moins un des intervalles. Les deux intervalles se recouvrent : il n’y a pas de trou. La borne −2 est incluse par I et la borne 6 est exclue des deux intervalles.
  3. Sur les droites ci-dessous, un point plein marque une borne incluse et un point vide une borne exclue. Le segment coloré représente l’ensemble des solutions.
Intersection et réunion : bornes incluses et exclues I ∩ J = ]1 ; 4] -2 0 1 4 6 I ∪ J = [−2 ; 6[ -2 0 1 4 6

Vidéo

Vidéo explicative sur les intervalles :

À retenir

≤ ou ≥ : la borne est incluse. < ou > : la borne est exclue.

Du côté de +∞ ou −∞, le crochet est toujours ouvert.

∩ correspond à la partie commune ; ∪ rassemble les valeurs des deux intervalles.

|x − a| se lit comme la distance entre x et a.