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Théorie des ensembles

La logique

« et » est une intersection, « ou » une réunion, « non » un complémentaire, « si… alors » une inclusion. Un quantificateur universel est une intersection infinie, un existentiel une réunion. L'ensemble des modèles d'un énoncé est une partie, et démontrer revient à inclure. Cette planche suit le dictionnaire jusqu'au bout, et finit par confronter la syntaxe — une démonstration mécanique — à la sémantique — un ensemble de modèles.

1Les connecteurs sont des opérations sur les parties

Une formule à trois variables, c'est huit lignes de table de vérité ; un diagramme à trois cercles, c'est huit régions. Les deux objets sont le même : cliquez une ligne ou une région, l'autre suit. Il y a donc exactement 2⁸ = 256 formules distinctes à trois variables, autant que de parties d'un ensemble à huit éléments.

2∀ est une intersection, ∃ une réunion

Une relation R ⊆ A × B se dessine comme un tableau de cases. ∀x ∃y R(x,y) demande que chaque ligne contienne au moins une case cochée ; ∃y ∀x R(x,y) demande qu'une colonne soit entièrement cochée. Ce n'est pas la même chose, et l'ordre des quantificateurs est exactement ce qui les sépare.

3Démontrer, c'est inclure

À chaque formule Φ on associe Mod(Φ), l'ensemble de ses modèles — les affectations qui la rendent vraie. Alors Φ ⊨ Ψ, « Ψ se déduit de Φ », signifie exactement Mod(Φ) ⊆ Mod(Ψ). La conséquence logique est une inclusion, rien de plus.

4Les syllogismes d'Aristote, comptés un par un

« Tout homme est mortel, tout Grec est un homme, donc tout Grec est mortel. » Les quatre formes de propositions et les quatre figures donnent 256 syllogismes possibles. Les traduire en ensembles — tout S est P devient S ⊆ P, quelque S est P devient S ∩ P ≠ ∅ — permet de les éprouver tous, sur tous les univers à trois éléments.

5Syntaxe contre sémantique

Élément signature. Deux façons de savoir qu'un énoncé est impossible : la sémantique, qui passe en revue tous les modèles et n'en trouve aucun ; la syntaxe, qui manipule les symboles sans jamais penser à leur sens et aboutit à la clause vide. Le théorème de complétude affirme que les deux coïncident — et la page le vérifie sur des milliers de formules.

Nouvelle planche de la série consacrée à la théorie des ensembles. Les 256 formules à trois variables sont dénombrées et De Morgan y est éprouvé une à une, les 65 536 relations d'un tableau 4 × 4 sont passées en revue pour comparer les deux ordres de quantificateurs, les 65 536 couples de formules sont comptés pour vérifier que la conséquence logique est une inclusion, les 256 formes de syllogismes sont testées sur tous les univers à trois éléments, et la résolution est confrontée à l'énumération des modèles sur trois mille formules tirées au hasard.