32 CHAPITRE 5. FONCTION D’UN VARIABLE R ´
EELLE : LIMITE, CONTINUIT ´
E
5.9 Limites de fonctions monotones
Proposition : Soit fune fonction num´erique croissante sur I⊂ Df, un intervalle ouvert R. Alors fadmet une
limite `a gauche et `a droite finie en tout point de I. De plus, si I=]α, +∞[, fadmet une limite `a gauche (finie
ou non) en +∞et si I=] − ∞, α[, fadmet une limite `a droite (finie ou non) en −∞.
D´emonstration
Remarque : Si fest d´ecroissante, alors −fest croissante, et on peut appliquer la proposition pr´ec´edente.
5.10 Continuit´e
D´efinition : Soient fune fonction num´erique et I⊂ Dfun intervalle. Soit c∈I, on dit que fest continue en csi
fadmet f(c) pour limite en c.
fest continue sur Isi elle est continue en tout point de I.
On dira que fest continue `a gauche en csi fadmet f(c) pour limite `a gauche en cet que fest continue `a droite
en csi fadmet f(c) pour limite `a droite en c(quand les limites `a gauche et `a droite sont d´efinies).
Remarque : On ne d´efinit donc la continuit´e qu’en des points en lesquels la fonction fest d´efinie.
Exercice : Soit fune fonction d´efinie sur ]a, b[, continue en x0∈]a, b[ et telle que f(x0)>0. Montrer qu’il existe un
intervalle ]c, d[ inclus dans ]a, b[ et contenant x0tel que fest strictement positive sur ]c, d[.
D´emonstration
5.11 Lien avec les suites
Proposition : Soit c∈R,fest continue en csi et seulement si pour toute suite (xn, n ∈N) d’´el´ements de A
convergeant vers c, la suite (f(xn), n ∈N) converge vers f(c).
fest continue `a gauche (resp. limite `a droite) en csi et seulement si pour toute suite (xn, n ∈N) d’´el´ements de
Atelle que pour tout n∈N,xn≤c(resp. xn≥c), convergeant vers c, la suite (f(xn), n ∈N) converge vers
f(c).
5.12 Prolongement par continuit´e
D´efinition : Supposons que A= (a, c[∪]c, b)⊂ Df,cr´eel. On dit que fest prolongeable par continuit´e en csi f
admet une limite finie len c.
Supposons maintenant que Df=]c, b) (resp. Df= (a, c[), cr´eel. On dit que fest prolongeable par continuit´e en
csi fadmet une limite finie l`a droite (resp. `a gauche) en c.
Dans les deux cas, on dira que l’on prolonge fpar continuit´e si l’on construit une nouvelle fonction ¯
f´egale `a f
sur Aet telle que ¯
f(c) = l.
5.13 Comment d´emontrer la continuit´e d’une fonction
Th´eor`eme : Soient fet gdeux fonctions num´eriques telles que A=Df∩ Dg6=∅. On suppose que fet gsont
continues au point a∈A. Alors les fonctions f+get fg sont continues au point a. Il en est de mˆeme de f/g si
g(a)6= 0.
Corollaire : Toute fonction polynˆome `a variable r´eelle est continue sur R. Toute fonction rationnelle d’une variable
r´eelle est continue sur son ensemble de d´efinition.
Rappel : Une fonction rationnelle est un quotient de deux polynˆomes.
Proposition : Les foncions sin, cos, tan, cotan sont continues sur leur domaine de d´efinition.
Th´eor`eme : Soient Aet Bdeux intervalles de R. Soient f:A→Bet g:B→Rtelles que A⊂ Dfet B⊂ Dg. Si
fest continue en a∈Aet si gest continue en f(a), alors g◦fest continue en a.
Si fest continue sur Aet gcontinue sur B, alors g◦fest continue sur A.
Exemple : Etudier l’ensemble de d´efinition et la continuit´e des fonctions g(x) = cos(sin(x)), h(x) = cos(3x2−x).
1. sin et cos sont d´efinies sur Rdonc Dg=R. sin : R→[−1,1] et cos : R→[−1,1] et ces deux fonctions sont
continues donc gest continue sur R.
2. P(x) = 3x2−xet cos sont d´efinies sur Rdonc Dh=R.
P:R→Ret cos : R→[−1,1] et ces deux fonctions sont continues donc hest continue sur R.
Th´eor`eme : Si fest bijective et continue d’un intervalle Idans un intervalle J, alors f−1est continue sur J.