Langage de la logique et des ensembles

La différence symétrique (2) - Exercice 1

30 min
50
Un autre exercice sur la différence symétrique.
Question 1
Soit un ensemble EE, et deux parties AA et BB de EE.

Démontrer que AΔB=AABAABA \Delta B = \complement_A^{A \cap B} \,\cup \, \complement_A^{A \cap B}

Correction
Ceci résulte de la définition de la différence symétrique.
En effet, on a la figure suivante :

Ce qui nous permet de conclure que :
AΔB=AABAAB{\color{red}{\boxed{A \Delta B = \complement_A^{A \cap B} \,\cup \, \complement_A^{A \cap B} }}}
Question 2

Soit AA, BB et CC trois parties de EE. Démontrer que : (AΔB)ΔC=AΔ(BΔC)\big( A \Delta B \big) \Delta C = A \Delta \big( B \Delta C \big) .

Correction
L'ensemble (AΔB)ΔC\big( A \Delta B \big) \Delta C représente les éléments qui appartiennent à AA, BB ou CC mais n'appartenant pas à ABA \cap B, ni à ACA \cap C, ni à BCB \cap C.
De même, l'ensemble AΔ(BΔC)A \Delta \big( B \Delta C \big) représente les éléments qui appartiennent à AA, BB ou CC mais n'appartenant pas à BCB \cap C, ni à ACA \cap C, ni à ABA \cap B.
Autrement dit, les deux ensembles (AΔB)ΔC\big( A \Delta B \big) \Delta C et AΔ(BΔC)A \Delta \big( B \Delta C \big) représentent les parties rouges de la figure suivante :

On a donc bien l'égalité :
(AΔB)ΔC=AΔ(BΔC){\color{red}{\boxed{\big( A \Delta B \big) \Delta C = A \Delta \big( B \Delta C \big) }}}
Question 3

Démontrer qu'il existe une partie unique XX de EE telle que pour toute partie AA de EE nous ayons AΔX=XΔA=AA \Delta X = X \Delta A = A.

Correction
On a :
AΔX=AAAXXAX=AA \Delta X = A \,\,\, \Longleftrightarrow \,\,\, \complement_A^{A \cap X} \cup \complement_X^{A \cap X} = A
Ce qui implique que :
XAXA\complement_X^{A \cap X} \subset A.
De plus, par définition d'un ensemble complémentaire par rapport à un autre, on a :
X=XAX(AX)X = \complement_X^{A \cap X}\cup (A \cap X) \,\,\, et XAX(AX)=\,\,\, \complement_X^{A \cap X}\cap (A \cap X) = \emptyset
Or, on sait que XAXA\complement_X^{A \cap X} \subset A et (AX)A(A \cap X) \subset A. On en déduit donc que :
XAX(AX)A\complement_X^{A \cap X} \cup (A \cap X) \subset A
C'est-à-dire que :
XAX \subset A
Ainsi, on en déduit immédiatement que :
{AX=XXAX=\left\lbrace \begin{array}{rcl} A \cap X & = & X \\ \complement_X^{A \cap X} & = & \emptyset \\ \end{array} \right.
Donc l'équation AAXXAX=A\complement_A^{A \cap X} \cup \complement_X^{A \cap X} = A prend la forme suivante :
AX=A\complement_A^{X} \cup \emptyset = A
Soit encore :
AX=A\complement_A^{X} = A
Ce qui implique automatiquement que X=X = \emptyset.
Finalement on a :
(AΔX=XΔA=A)(X=){\color{red}{\boxed{ \big( A \Delta X = X \Delta A = A \big) \,\,\, \Longrightarrow \,\,\, \big(X = \emptyset \big) }}}
Question 4

Démontrer qu'il existe une partie unique XX de EE telle qu'il existe une unique partie AA' de EE qui vérifie AΔA=AΔA=XA \Delta A' = A' \Delta A = X.

Correction
On a :
AAAAAA=\complement_A^{A \cap A'} \cup \complement_{A'}^{A \cap A'}= \emptyset
Ce qui implique que :
{AAA=AAA=\left\lbrace \begin{array}{rcl} \complement_{A}^{A \cap A'} & = & \emptyset \\ \complement_{A'}^{A \cap A'} & = & \emptyset \\ \end{array} \right.
On en déduit alors que :
{AA=AAA=A\left\lbrace \begin{array}{rcl} A \cap A' & = & A \\ A \cap A' & = & A' \\ \end{array} \right.
De ceci on peut donc conclure que :
A=A{\color{red}{\boxed{ A = A' }}}