Teorie · A9 Mulțimi. Numere · clasa a VIII-a

Intervale de numere reale în clasa a VIII-a: notație, reuniune, intersecție, mulțimi definite printr-o proprietate

Intervalele de numere reale și reprezentarea lor pe axă, reuniunea și intersecția intervalelor, mulțimile definite printr-o proprietate a elementelor și legătura dintre modul și interval — ce este nou în clasa a VIII-a, cu exemple rezolvate de la regulă la problemele care cer o idee.

De unde vine

Ideea de a închide un număr într-un interval este foarte veche. Arhimede, în lucrarea „Măsurarea cercului”, scrisă în jurul anului 250 î.Hr., nu a dat o singură valoare pentru $\pi$, ci două margini: a arătat, cu poligoane regulate cu $96$ de laturi înscrise și circumscrise cercului, că $\pi$ este mai mare decât $3\frac{10}{71}$ și mai mic decât $3\frac{1}{7}$ — adică $\pi$ se află într-un interval.

Simbolul $\infty$, care apare la capătul intervalelor nemărginite, i se atribuie englezului John Wallis, care l-a folosit în 1655 în lucrarea „De sectionibus conicis”.

Nici notația intervalelor nu este aceeași peste tot. Pentru un interval deschis, în manualele românești scrii $(a,b)$, dar în Franța se scrie $]a,b[$, notație introdusă de grupul de matematicieni Bourbaki ca să nu se confunde intervalul cu perechea de numere $(a,b)$.

La ce folosește

Etichetele de păstrare dau intervale: un medicament care trebuie ținut la frigider „între $2$ °C și $8$ °C” are temperatura permisă în intervalul $[2,8]$.

Toleranțele din industrie: o piesă cu diametrul de $10$ mm și toleranța de $0{,}05$ mm este bună dacă $|d-10|\le 0{,}05$, adică $d\in[9{,}95;\ 10{,}05]$.

Intersecția apare când se cer mai multe condiții deodată. Un concurs pentru elevii „cu vârsta de cel puțin $12$ ani” și „sub $15$ ani” acceptă vârstele din $[12,+\infty)\cap(0,15)=[12,15)$.

De bază

Un interval este mulțimea tuturor numerelor reale dintre două capete. Paranteza pătrată înseamnă că acel capăt face parte din interval, cea rotundă că nu: $[a,b]=\{x\in\mathbb{R}\mid a\le x\le b\}$, $(a,b)=\{x\in\mathbb{R}\mid a<x<b\}$, $[a,b)=\{x\in\mathbb{R}\mid a\le x<b\}$.

La infinit paranteza este mereu rotundă, pentru că $+\infty$ nu este un număr: $(2,+\infty)=\{x\in\mathbb{R}\mid x>2\}$, $(-\infty,3]=\{x\in\mathbb{R}\mid x\le 3\}$. Pe axă, un capăt inclus se marchează plin, unul exclus gol.

Exemplu: $[-1,5)$ conține toate numerele reale $x$ cu $-1\le x<5$ — o infinitate de numere, de exemplu $0{,}5$ sau $\sqrt{2}$. Numerele întregi din el sunt însă doar șase: $-1, 0, 1, 2, 3, 4$. Capătul $5$ nu intră.

O mulțime poate fi dată printr-o proprietate a elementelor ei. $\{x\in\mathbb{R}\mid x\ge -2\}$ este intervalul $[-2,+\infty)$; $\{x\in\mathbb{Z}\mid -2\le x<1\}=\{-2,-1,0\}$ nu este un interval, pentru că are doar numere întregi.

Mediu

Intersecția a două intervale, $A\cap B$, conține numerele aflate în ambele. Reuniunea, $A\cup B$, pe cele aflate în cel puțin unul. Le citești cel mai ușor desenând intervalele unul sub altul, pe aceeași axă.

Exemplu: $A=[-1,5)$ și $B=(2,7]$. Un număr din ambele este mai mare decât $2$ și mai mic decât $5$. Capătul $2$ lipsește din $B$, iar $5$ din $A$, deci $A\cap B=(2,5)$, ca în figură. Reuniunea acoperă totul de la $-1$ la $7$: $A\cup B=[-1,7]$.

Când mulțimea este dată printr-o inegalitate, o rezolvi și scrii rezultatul ca interval.

Exemplul 2: $A=\{x\in\mathbb{R}\mid -3<2x+1\le 7\}$. Scazi $1$ în toți membrii: $-4<2x\le 6$; împarți la $2$: $-2<x\le 3$. Deci $A=(-2,3]$.

Din clasa a VII-a știi că $|x-a|$ este distanța dintre $x$ și $a$. De aceea $|x-a|\le r$ înseamnă $a-r\le x\le a+r$, adică $x\in[a-r,a+r]$.

Exemplul 3: $|x-2|\le 3$ înseamnă $-3\le x-2\le 3$, adică $-1\le x\le 5$. Mulțimea soluțiilor este $[-1,5]$ — numerele aflate la distanța cel mult $3$ de $2$.

Figură pentru mediu

Avansat

Ideea 1 — când capetele sunt radicali, le încadrezi între întregi înainte să numeri.

Exemplu: câte numere întregi sunt în $\left[-\sqrt{10},\sqrt{5}\right)$? Din $9<10<16$ rezultă $3<\sqrt{10}<4$, deci $-\sqrt{10}$ este între $-4$ și $-3$; din $4<5<9$ rezultă $2<\sqrt{5}<3$. Întregii din interval sunt $-3,-2,-1,0,1,2$, adică $6$.

Ideea 2 — fiecare condiție devine un interval, apoi operezi cu intervalele.

Exemplul 2: $A=\{x\in\mathbb{R}\mid |x-1|<3\}$ și $B=\{x\in\mathbb{R}\mid 2x-3\ge 1\}$. Din $-3<x-1<3$ rezultă $A=(-2,4)$. Din $2x\ge 4$ rezultă $B=[2,+\infty)$. Atunci $A\cap B=[2,4)$, $A\cup B=(-2,+\infty)$, iar diferența $A\setminus B$ — numerele din $A$ care nu sunt în $B$ — este $(-2,2)$.

Ideea 3 — o sumă de distanțe poate avea ca soluție un interval întreg.

Exemplul 3: ecuația $|x+2|+|x-4|=6$ cere ca suma distanțelor de la $x$ la $-2$ și la $4$ să fie $6$ — exact distanța dintre $-2$ și $4$. Orice $x$ aflat între ele o verifică, iar unul din afară dă o sumă mai mare. Mulțimea soluțiilor este intervalul $[-2,4]$.

Greșeli frecvente

Paranteza pătrată la infinit: $[2,+\infty]$ este greșit scris, pentru că $+\infty$ nu este un număr și nu poate aparține intervalului. Corect: $[2,+\infty)$.

Capetele la intersecție: un capăt intră în $A\cap B$ doar dacă aparține ambelor intervale. $[-1,5)\cap(2,7]$ este $(2,5)$, nu $[2,5]$.

Reuniunea confundată cu intersecția: intersecția conține numerele comune, deci este inclusă în fiecare interval; reuniunea le cuprinde pe toate.

Intervalul citit ca listă de întregi: $[-1,5)$ nu înseamnă $\{-1,0,1,2,3,4\}$, ci toate numerele reale dintre capete, și $\frac{1}{2}$, și $\sqrt{2}$. Doar dacă se cer numerele întregi le enumeri.

Capetele inversate: un interval se scrie mereu de la capătul mai mic la cel mai mare. $(5,-1)$ nu are sens; este $(-1,5)$.

La $|x-2|\le 3$, un singur capăt: soluția nu este $x\le 5$, ci $-1\le x\le 5$ — distanța se măsoară în ambele părți.

Surse pentru partea istorică

  • Arhimede, Măsurarea cercului (în jurul anului 250 î.Hr.): pi între 3 10/71 și 3 1/7, cu poligoane de 96 de laturi înscrise și circumscrise — en.wikipedia.org
  • Simbolul infinitului, atribuit lui John Wallis, De sectionibus conicis (1655) — en.wikipedia.org
  • Bourbaki a introdus notația ]a,b[ pentru intervalul deschis, ca să evite confuzia cu perechea ordonată — en.wikipedia.org

Text generat cu ajutorul unui model AI și verificat înainte de publicare.

Toate temele · Simulări

Exersează tema

O fișă cu 6 probleme pe această temă, de la ușor la greu, fără limită de timp. La final vezi rezolvările și la ce nivel te-ai oprit.

Toate fișele, pe clase

An unhandled error has occurred. Reload 🗙

Rejoining the server...

Rejoin failed... trying again in seconds.

Failed to rejoin.
Please retry or reload the page.

The session has been paused by the server.

Failed to resume the session.
Please retry or reload the page.