Langage de la logique et des ensembles

Nombre de parties d'un ensemble produit cartésien fini - Exercice 1

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La suite de l'exercice précédent.
Question 1
Soit nn un nombre entier naturel. Soit EE un ensemble dont l'ensemble des parties est notée P(E)\mathscr{P}(E). On admet que EE est dénombrable (c'est-à-dire fini) tel que card(E)=n\mathrm{card}(E) = n.
Soit pp un nombre entier naturel non nul.
On considère l'ensemble dénombrable E=E×E××Epfois=Ep\mathcal{E} = \underbrace{E \times E \times \cdots \times E}_{p \,\, fois} = E^p

Déterminer le nombre d'éléments qui constitue l'ensemble E\mathcal{E}.

Correction
Par exemple, réfléchissons sur l'ensemble E=E×E2fois=E2\mathcal{E} = \underbrace{E \times E}_{2 \,\, fois} = E^2, donc le cas p=2p=2
A chacun des nn éléments constitutifs du premier EE on peut donc associer les nn mêmes éléments du second ensemble EE. Donc, il y a donc n2n^2 couples différents du type (n1E;n2E)(n_1 \in E \,;\, n_2 \in E).
Ainsi, on constate que pour pp quelconque, c'est-à-dire avec E=E×E××Epfois=Ep\mathcal{E} = \underbrace{E \times E \times \cdots \times E}_{p \,\, fois} = E^p, on peut construite npn^p pp-uplets différents du type (n1E;n2E;;npE)(n_1 \in E \,;\, n_2 \in E \,;\, \cdots \,;\, n_p \in E).
Finalement, on trouve que :
card(E)=card(Ep)=np{\color{red}{\boxed{ \mathrm{card}(\mathcal{E}) = \mathrm{card}(E^p) = n^p}}}
Question 2

Dénombrer, en fonction de nn, les parties de l'ensemble E\mathcal{E}.

Correction
On considère l'ensemble dénombrable E=E×E××Epfois=Ep\mathcal{E} = \underbrace{E \times E \times \cdots \times E}_{p \,\, fois} = E^p tel que card(E)=n\mathrm{card}(E) = n.
D'après l'exercice précédent, on sait que card(P(E))=2n\mathrm{card}(\mathscr{P}(E)) = 2^n. Donc, on en déduit immédiatement que :
card(P(E))=card(P(Ep))=card(P(E))×card(P(E))××card(P(E))pfois=(card(P(E)))p=(2n)p\mathrm{card}(\mathscr{P}(\mathcal{E})) = \mathrm{card}(\mathscr{P}(E^p)) = \underbrace{\mathrm{card}(\mathscr{P}(E)) \times \mathrm{card}(\mathscr{P}(E)) \times \cdots \times \mathrm{card}(\mathscr{P}(E))}_{p \,\, fois} = \big( \mathrm{card}(\mathscr{P}(E)) \big)^p = \big( 2^n \big)^p
Finalement, on trouve que :
card(P(E))=card(P(Ep))=2np{\color{red}{\boxed{ \mathrm{card}(\mathscr{P}(\mathcal{E})) = \mathrm{card}(\mathscr{P}(E^p)) = 2^{np}}}}