PROBL`
EME :
PARTIE A : ´
Etude de la fonction argument tangente hyperbolique
A.1. La fonction th est d´efinie sur IR, impaire, de classe C∞, sa d´eriv´ee est (th)0=1
ch2= 1 −th2
(strictement positive), donc la fonction th est strictement croissante ; lim
x→−∞ th x=−1 et
lim
x→+∞th x= 1 (tout ¸ca, c’est du cours).
A.2. De la question A.1., on d´eduit que la fonction th est une bijection d´erivable et strictement
croissante de IR vers I= ] lim
x→−∞ th x, lim
x→+∞th x[ = ] −1,1[.
A.3. Pour x∈IR et y∈]−1,1[, on a donc l’´equivalence
y= th x⇐⇒ x= argth y .
L’ensemble de d´efinition I= ] −1,1[ de la fonction argth est sym´etrique par rapport `a z´ero
et, si on pose x= argth yet x0= argth(−y), on a th(x0) = −y=−th(x) = th(−x) puisque
la fonction th est impaire, donc x0=−xpuisque la fonction th est injective, c’est-`a-dire
argth(−y) = −argth y: la fonction argth est impaire.
A.4. La fonction argth est la bijection r´eciproque d’une bijection d´erivable et strictement mono-
tone dont la d´eriv´ee ne s’annule jamais (∀x∈IR (th)0(x)>0), donc elle est d´erivable sur
son ensemble de d´efinition I= ] −1,1[ et on a
∀y∈]−1,1[ (argth)0(y) = 1
(th)0(argth y)=1
1−th2(argth y)=1
1−y2.
A.5. Pour x∈]−1,1[ donn´e, r´esolvons l’´equation (d’inconnue t) : th t=x(nous savons qu’elle
admet une solution unique).
th t=x⇐⇒ e2t−1
e2t+ 1 =x⇐⇒ e2t−1 = (e2t+ 1)x
⇐⇒ (1 −x)e2t= 1 + x⇐⇒ e2t=1 + x
1−x⇐⇒ t=1
2ln 1 + x
1−x.
Pour tout x∈]−1,1[, on a donc argth x=1
2ln 1 + x
1−x.
PARTIE B : ´
Etude d’une ´equation fonctionnelle
B.1. Si fest constante (f=C), elle est solution de (*) si et seulement si C=2C
1 + C2, c’est-`a-dire
C(C2−1) = 0 : les solutions sont C=−1, C= 0 et C= 1.
B.2. Si fv´erifie (*), alors on a f(0) = 2f(0)
1 + f(0)2: le nombre f(0) est donc solution de l’´equation
r´esolue en B.1., donc f(0) ∈ {−1,0,1}(et ces trois valeurs sont effectivement possibles,
penser aux fonctions constantes).
B.3. Comme 1 + t2est toujours strictement positif, cela revient `a d´emontrer l’encadrement
−(1+t2)≤2t≤1+t2, c’est-`a-dire les deux in´egalit´es (1) :−(1+t2)≤2tet (2) : 2t≤1+t2.
Or, l’in´egalit´e (1) ´equivaut `a (1 + t)2≥0, donc est toujours vraie, et (2) ´equivaut `a
(1 −t)2≥0, donc est vraie aussi.