Langage de la logique et des ensembles

Démonstration par contraposition - Exercice 2

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La méthode de la démonstration par contraposition consiste, plutôt que de démontrer l'implication AB A\Longrightarrow B, à démontrer sa contraposée (¬B)(¬A)(\neg B)\Longrightarrow (\neg A). Il est difficile de donner une règle générale d'utilisation de ce raisonnement. Un bon conseil avant de se lancer dans la démonstration d'une implication, est d'écrire d'abord sa contraposée. Avec un peu d'habitude, on arrive vite à sentir laquelle des deux est la plus facile à démontrer.
Question 1

Soit xx un nombre réel. Démontrer, par contraposition, l'implication suivante :
(ε>0,x<ε)(x=0)\Big(\forall \varepsilon >0,\, |x| < \varepsilon \Big) \, \Longrightarrow \, (x= 0)

Correction
Nous cherchons à démontrer l'implication (ε>0,x<ε)(x=0)\Big(\forall \varepsilon >0,\, |x| < \varepsilon \Big) \, \Longrightarrow \, (x = 0). La contraposée de cette assertion est :
¬(x=0)¬(ε>0,x<ε)\neg (x = 0) \, \Longrightarrow \, \neg \Big(\forall \varepsilon >0,\, |x| < \varepsilon \Big)
A savoir :
(x0)(ε>0,xε)(x \neq 0) \, \Longrightarrow \, \Big(\exist \varepsilon >0,\, |x| \geqslant \varepsilon \Big)
Donc supposons avoir un réel xx non nul. Nous devons, sous cette supposition, montrer qu'il existe bien (au moins) un nombre réel ε\varepsilon (que l'on ne connais pas encore) qui permet de satisfaire à l'inégalité xε|x| \geqslant \varepsilon. Le choix à faire pour la valeur de ε\varepsilon est simple. En effet, il suffit de choisir ε=xr\varepsilon = \dfrac{|x|}{r}, avec r1r \geqslant 1. Avec ce choix, on s'assure bien que ε>0\varepsilon > 0, et on a effectivement :
xεxxr11rr1|x| \geqslant \varepsilon \Longleftrightarrow |x| \geqslant \dfrac{|x|}{r} \Longleftrightarrow 1 \geqslant \dfrac{1}{r} \Longleftrightarrow r \geqslant 1
Ce constat est vrai. Donc, nous avons bien démontrer que (x0)(ε>0,xε)(x \neq 0) \, \Longrightarrow \, \Big(\exist \varepsilon >0,\, |x| \geqslant \varepsilon \Big). La contraposée est donc démontrée. De part le principe de la démonstration par contraposition nous avons donc :
(ε>0,x<ε)(x=0)\Big(\forall \varepsilon >0,\, |x| < \varepsilon \Big) \, \Longrightarrow \, (x= 0) {\color{blue}{\blacksquare}}