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Formule du crible

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
11-06-07 à 14:57

Bonjour tout le monde,

svp, j'ai une petite question...

Je n'arrive pas à comprendre la formule du crible:

4$ \rm card(\bigcup_{i=1}^n E_i)=\Bigsum_{J\subset I}(-1)^{1+cardJ}card(\bigcap_{j\in J} E_j)

et je n'arrive pas à l'appliquer par exemple à 3 ensembles: E_1,E_2 et E_3

Merci d'avance pour votre aide

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 15:20

up

Posté par
critou
re : Formule du crible 11-06-07 à 15:24

Pour deux ensembles, c'est simple : card({E_1}\cup{E_2})=card(E_1)+card(E_2)-card({E_1}\cap{E_2})
Pour trois ensembles :
card({E_1}\cup{E_2}\cup{E_3})=card(E_1)+card(E_2)+card(E_3)-card({E_1}\cap{E_2})-card({E_2}\cap{E_3})-card({E_1}\cap{E_3})+card({E_1}\cap{E_2}\cap{E_3})

Sauf erreur de ma part

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 15:28

pour deux ensembles, oui, je la connais

mais comment tu as pu faire pour 3? (je ne suis pas vraiment habitué à la notation \Bigcup)

merci

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 15:45

Bonjour,

Trois présentations équivalentes de la formule du crible :

Soit n ensembles E_1, ..., E_n.

(1) \mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)=\Bigsum_{J\subset|[1,n]|}(-1)^{1+\mathrm{card}J}\ \mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)
(C'est celle de ton message)

(2)
\begin{array}{rccl}
 \\ \mathrm{card}\left(E_1\cup ...\cup E_n\right) &=& & \Bigsum_{1\le i\le n}\mathrm{card}\left(E_i\right)\\
 \\ && - & \Bigsum_{1\le i_1<i_2\le n}\mathrm{card}\left(E_{i_1}\cap E_{i_2}\right)\\
 \\ && + & ...\\
 \\ && + & (-1)^{r+1}\Bigsum_{1\le i_1<i_2<...<i_r\le n}\mathrm{card}\left(E_{i_1}\cap ...\cap E_{i_r}\right)\\
 \\ && + & ...\\
 \\ && + & (-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap...\cap E_n\right)
 \\ \end{array}
où la somme \Bigsum_{1\le i_1<i_2<...<i_r\le n} est prise sur les {n\choose r} sous-ensembles de |[1,n]| de cardinal r.
(inspirée de Sheldon Ross, A first course in probability)

D'où une transformation de ton expression de départ :

(3) \mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)=\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\ \mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)
où la somme \Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r} est prise sur les {n\choose r} sous-ensembles de |[1,n]| de cardinal r.

Récurrence sur n ?

Nicolas

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:00

Salut Nicolas

Les deux autres sont vraiment trop longues et leur faut une heure pour acquérir le principe..

sinon, si on veut appliquer la première "présentation"  pour I=|[1,2,3]|?

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:05

La présentation (2) permet d'écrire immédiatement :
\begin{array}{rcl}
 \\ \mathrm{card}\left(E_1\cup E_2\cup E_3\right) & = & \mathrm{card}\left(E_1\right)+\mathrm{card}\left(E_2\right)+\mathrm{card}\left(E_3\right)\\
 \\ && - \mathrm{card}\left(E_1\cap E_2\right) - \mathrm{card}\left(E_2\cap E_3\right)- \mathrm{card}\left(E_1\cap E_3\right)\\
 \\ && + \mathrm{card}\left(E_1\cap E_2\cap E_3\right)
 \\ \end{array}

Essaie de voir le lien avec ta formule.

Sauf erreur.

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:07

Pour comprendre dans le cas I = |[1,2,3]|, je te suggère de ne pas partir de (1), mais de (3), qui se déduit immédiatement de (1).

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:08

Salut

Je classe ce fil dans quel chapitre ?

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:09

Dans le chapitre qui déchire, car je prépare la démonstration. LaTeX sera fier de moi.

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:10



Sérieusement, algèbre ? arithmétique ?

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:11

Oui t'as raison...

j'ai un peu eu l'astuce

Merci à toi Nicolas et à critou

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:11

Algèbre / théorie des ensembles

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:12

ok !

J'ai hâte de voir la démo

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:12

Nicolas>> QUELLE DÉMONSTRATION?? de la formule du crible????

FF>> C'est plutôt arithmétique

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:13

j'en sais rien Algèbre c'est pas plutôt structures et tt ça? (je suis un nullard)

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:14

Citation :
C'est plutôt arithmétique



Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:14

Oui, la démonstration de la formule du crible. Il y a un problème ?

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:14



Oui, c'est théorie des ensemple... ça fait partie aussi de l'algèbre?

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:15

ouy... Trop fort... Non, surement pas...

(introduis dans ta démo un mot qui clignote )

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:16

d'accord !

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:18

Posté par
critou
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:25

J'étais en train de me dire que j'avais déjà vu cette formule deux fois, mais sous deux autres noms : "formule de Poincaré" et "Sieve formula". Un coup de Google et de dico m'a ouvert les yeux

N'empêche, écrire un message là-dessus, c'est immonde.. toutes ces balises, ouille (suis pas encore très douée non plus faut dire ) !

Critou contente que monrow ait vu l'astuce, du coup

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:26

critou>>

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:30

Combien de temps avant le chef-d'oeuvre Nicolas

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:32

FF> le superlatex me fait peur... ça fait plus de 20 minutes qu'il écrit.. Donc, 2 ou 3 pages en beau latex ....
Le plus adéquat, c'est que tu mets ce topic dans le chapitre "latex"

(en faite je peux aider pour le tri )

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:35

Citation :
en faite je peux aider pour le tri


Tu veux ou tu peux ?

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:38

je veux et j'ai le temps de

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:43

On va montrer la formule (3) (qui est quasiment la même que celle de ton message initial) par récurrence sur n.

Attachons nos ceintures. Rien de compliqué, mais... de la lourdeur. J'ai volontairement beaucoup détaillé.

Voici l'hérédité...

\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)=\mathrm{card}\left(\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)\cup E_{n+1}\right)

On utilise la formule des 4 cardinaux \mathrm{card}(A\cup B)=\mathrm{card}(A)+\mathrm{card}(B)-\mathrm{card}(A\cap B) :
\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)=\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)-\mathrm{card}\left(\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)\cap E_{n+1}\right)

On développe le troisième terme :
\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)=\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n}E_i\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)-\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n}\left(E_i\cap E_{n+1}\right)\right)

On applique l'hypothèse de récurrence sur les premier et troisième termes :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&-\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}\left(E_i\cap E_{n+1}\right)\right)\end{array}

On distribue et simplifie le dernier terme :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&-\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\end{array}

Dans le dernier terme, on isole le terme r=n :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&-\Bigsum_{1\le r\le n-1}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

Dans le troisième terme, on fait le changement de variable r |\to r-1 :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&-\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r-1}(-1)^{r}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

Dans le troisième terme, on remplace (-1)^r par -(-1)^{r+1} :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r-1}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

Dans le premier terme, on isole l'indice r=1 :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\mathrm{card}\left(E_1\right)+...+\mathrm{card}\left(E_n\right)\\&&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r-1}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

On regroupe \mathrm{card}\left(E_{n+1}\right) avec ses amis :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\mathrm{card}\left(E_1\right)+...+\mathrm{card}\left(E_n\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\&&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\\&&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r-1}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

On regroupe les deux sommes ensemble :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\mathrm{card}\left(E_1\right)+...+\mathrm{card}\left(E_n\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\
 \\ &&+\Bigsum_{2\le r\le n}\left\{\begin{array}{l}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\\
 \\ \fbox{+}\\
 \\ \Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r-1}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\cap E_{n+1}\right)
 \\ \end{array}\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

On s'aperçoit alors avec bonheur que la combinaison des deux sommes séparées par un \fbox{+} correspond bien à une sommation sur l'ensemble des sous-ensembles de |[1;n+1]| de taille r : la première somme correspond aux sous-ensembles ne contenant pas (n+1), et la seconde aux sous-ensembles contenant (n+1) :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\mathrm{card}\left(E_1\right)+...+\mathrm{card}\left(E_n\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\
 \\ &&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n+1]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\\&&-(-1)^{n+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

On corrige le tout dernier terme :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\mathrm{card}\left(E_1\right)+...+\mathrm{card}\left(E_n\right)+\mathrm{card}\left(E_{n+1}\right)\\
 \\ &&+\Bigsum_{2\le r\le n}\Bigsum_{J\subset|[1,n+1]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\\&&+(-1)^{(n+1)+1}\mathrm{card}\left(E_1\cap ...\cap E_{n+1}\right)\end{array}

C'est-à-dire :
\begin{array}{rcl}\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le i\le n+1}E_i\right)&=&\Bigsum_{1\le r\le n+1}\Bigsum_{J\subset|[1,n+1]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in J}E_j\right)\end{array}

CQFD

Sauf erreur.

Nicolas

Posté par
critou
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:45

C'est beeaaauu (de loin )

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:48

Je rêve

C'est trop fort..

je me mets à lire

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:51

Après cet effort, je vais me coucher.

Sérieusement, la meilleure façon de "visualiser" ta formule (1) est de la mettre sous la forme (3).
La forme (3) est exactement la même que (2), mais si (2) te semble hermétique, laisse-la tomber.

Nicolas

Posté par
fusionfroide
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:53

Il est quelle heure chez toi Nicolas ?

Génial le latex

Posté par
Nicolas_75 Correcteur
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:53

22h53.
Merci.

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:54

Avant que je commence : D:

\mathrm{card}\left(\Bigcup_{1\le%20i\le%20n}E_i\right)=\Bigsum_{1\le%20r\le%20n}\Bigsum_{J\subset|[1,n]|\\\mathrm{card}J=r}(-1)^{r+1}\%20\mathrm{card}\left(\Bigcap_{j\in%20J}E_j\right)

je ne connais pas la somme double...

sigma de sigma = ??

Posté par
critou
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:55

Bonne nuit alors !

Posté par
monrow Posteur d'énigmes
re : Formule du crible 11-06-07 à 16:56

D'abord, Merci bcp Nicolas d'avoir fait tout ça.... C'est trop gentil

Posté par
critou
re : Formule du crible 11-06-07 à 17:13

Un double sigma en prenant un exemple un peu plus simple , mettons : \sum_{k=1}^n\sum_{i=1}^ki

Cette somme signifie :

1+(1+2)+(1+2+3)+(1+2+3+4)+...+(1+2+...+n)

Est-ce que tu le vois mieux comme ça ?

Le double sigma, c'est juste une "somme de sommes", en fait. Sauf que dans le deuxième sigma, en "paramètres", on peut se servir des paramètres du premier (dans mon exemple, dans le deuxième sigma on se sert de k, qui est défini dans le premier). Ça simplifie l'écriture (va chercher une écriture passable avec un seul sigma pour exprimer 1+(1+2)+(1+2+3)+(1+2+3+4)+...+(1+2+...+n) )

Suis pas sûre que ce soit très clair tout ça

Posté par
kairouan
re : Formule du crible 15-01-09 à 21:12

bonsoir à tous et à toutes !
j'ai bien compris pour 2 et trois ensembles  à calculer card([A]grandinter[/B]grandinter[/C]) je m'embrouille pour le faire pour 4 ensembles A,B,C,D
merci de bien vouloir m'aider

A B

Posté par
kairouan
re : Formule du crible 15-01-09 à 21:14

pardon excusez moi pour la gaffe, je découvre le latex et bien sûr je cafouille : je recommence
j'ai bien compris pour 2 et trois ensembles  à calculer card([A]grandinter[/B]grandinter[/C]) je m'embrouille pour le faire pour 4 ensembles A,B,C,D
merci de bien vouloir m'aider

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