Fonctions continues, théorème des valeurs intermédiaires. C-D 1&2
A Continuité .
Approche graphique
Intuitivement, on reconnaît qu'une fonction est continue sur un intervalle I lorsque sa courbe
représentative peut être tracée sans lever le crayon.
Des exemples :
Les trois premiers graphes présentent des fonctions continues, le dernier
représente une fonction discontinue en deux points, c'est la représentation de la
fonction dérivée de la troisième courbe.
1- Continuité et dérivabilité (admis)
Une fonction qui est dérivable sur I est continue sur I.
Remarque, la réciproque n'est pas vraie, la fonction valeur absolue est continue sur
mais
elle n'est pas dérivable sur
, elle n'est pas dérivable en 0.
Il existe des fonctions continues sur I mais non dérivable sur I.
2- Continuité des fonctions usuelles
Les fonctions affines, carrées, polynômes, sont dérivables sur
donc sont continues sur
leur ensemble de définition.
Les fonctions inverse, rationnelles, racine carrée, valeur absolue sont continues sur tout
intervalle contenu dans leur ensemble de définition .
Les fonctions obtenues par opérations ou composition à partir de fonctions continues sont
continues sur leur ensemble de définition.
,
3- Un contre exemple
La fonction « partie entière » est la fonction définie
sur
qui à tout réel x associe l'unique entier
relatif n tel que
nxn1
. On note cette
fonction E.
On a E(3,8) = 3; E(-2,5)=-3; ....
Représentation graphique
S. Baudet 1 sur 4 classe de tle S3
Fonctions continues, théorème des valeurs intermédiaires. C-D 1&2
B Théorème des valeurs intermédiaires
1- Cas général (admis)
Soit f une fonction continue sur un intervalle I.
Si a et b sont deux réels de I et si k est un réel compris entre f(a) et f(b), alors il existe au
moins un réel x compris entre a et b tel que f(x) = k.
(ce théorème est provisoirement admis)
2- Équation
f
(
x
)
=k
.
Soit à résoudre
f
(
x
)
=k
sur I. Si I contient a et b tels que leur images par f encadrent k alors le
TVI assure l'existence d'au moins une solution entre a et b.
Interprétation graphique
Soit C la courbe représentative de la fonction f continue
sur [a ; b] et soit k un réel compris entre f(a) et f(b).
Comme la fonction f est continue, la courbe C traverse la
droite D d'équation
y=k
en au moins un point.
L'équation f(x) = k a donc au moins une solution dans
l'intervalle [a ; b].
Attention : cette solution n'est pas forcément unique.
3- Cas des fonctions continues strictement monotones
Si f est une fonction continue et strictement monotone sur [a ; b], alors pour tout réel k
compris entre f(a) et f(b), l'équation f(x) = k admet une solution unique dans [a ; b].
Démonstration
D'après le théorème des valeurs intermédiaires il existe au
moins un réel x0 tel que
fx0=k
.
Soit x1 un autre réel de [a ; b]; celui-ci est strictement supérieur
ou inférieur à x0, et comme f est strictement monotone
fx1
est strictement supérieur ou inférieur à
fx0
, donc à k.
fx1
ne peut donc pas être égal à k, il n'y a donc pas d'autres
solutions de l'équation f (x) = k dans l'intervalle [a ; b].
Une application
Soit f une fonction continue et strictement monotone sur [a ; b]. Si f (a) et f (b) n'ont pas le même
signe, alors l'équation f (x) = 0 a une solution unique sur [a ; b].
S. Baudet 2 sur 4 classe de tle S3
Fonctions continues, théorème des valeurs intermédiaires. C-D 1&2
4- Convention.
Dans un tableau de variation une flèche indique tout à la fois :
la stricte monotonie de f si la flèche est oblique
la continuité de f.
Exemples :
1. f est une fonction définie sur
[
2;1
]
admet le tableau de variation suivant :
-2 -1 0 1
8 3
f
2 -2
Discuter le nombre de solutions de l'équation
f
(
x
)
=4
sur
[
2;1
]
.
Sur l'intervalle
[
1;3
]
f admet 3 pour maximum, f n'atteint donc pas 4 sur cet intervalle.
Sur l'intervalle
[
2;1
]
f est continue et strictement décroissante
f
(
1
)
=2
et
f
(
2
)
=8
, 2 et 8
encadrent 4, alors je peux appliquer le corollaire du TVI et affirmer l'existence d'un unique nombre
compris entre -2 et 1 tel que
f
(
α
)
=4
.
L'équation
f
(
x
)
=4
admet une unique solution sur
[
2;1
]
.
Remarque. Cette étude affirme le nombre de solution de l'équation mais ne les précise pas.
Ce tableau est celui de la fonction
f
(
x
)
=2+3+3
Il convient alors de chercher à approcher la solution
de l'équation
f
(
x
)
=4
à l'aide de la
calculatrice.
Deux méthodes peuvent être observées : par balayage ou par dichotomie....
Par balayage. (voir TD du lundi 24/09)
2. Montrer que l'équation
x3x3=0
a une solution unique
située entre 1 et 2.
Soit g la fonction définie sur
par
gx=x3x3
. Il s'agit d'une fonction continue. D'autre part,
on a
g'x=3x21
. Comme pour tout réel x on a g'(x)>0, la fonction g est strictement croissante
(donc monotone) sur
.
Enfin
g
(
1
)
=1
et
g
(
2
)
=7
.
Si
x1
, alors
gx1
et x ne peut pas être solution de
g
(
x
)
=0
.
Si
x2
, alors
gx7
et x ne peut pas être solution de
g
(
x
)
=0
.
Par contre, comme g est continue et strictement croissante sur [1; 2], et comme g(1) et g(2) ont des
signes opposés, il existe un unique réel
situé entre 1 et 2 tel que g(x)=0.
Approche de
...
S. Baudet 3 sur 4 classe de tle S3
Fonctions continues, théorème des valeurs intermédiaires. C-D 1&2
C Compléments au tableau de fonctions dérivées.
1. Fonction
u
Soit u une fonction dérivable et strictement positive sur un intervalle I de
.
La fonction
f=
u:x
u
(
x
)
est dérivable sur I et
f '
(
x
)
=u'
(
x
)
2
u
(
x
)
.
Exemple.
f
(
x
)
=
4x2
est définie sur
D=
[
2;2
]
.
f est de la forme
f=
u
avec
u
(
x
)
=4x2
.
u est dérivable sur
[
2;2
]
mais
u>0
sur
]
2;2
[
. Alors f est dérivable sur
I=
]
2;2
[
et
sur cet intervalle :
f '
(
x
)
=2x
2
4x2
Important : pour savoir si f est dérivable sur D c'est à dire en -2 et 2 il faut étudier les
limites du taux d'accroissement de f en 2 et en -2.
Remarque : f est paire, sa courbe est symétrique par rapport à (oy) dans un repère
orthonormal, donc si elle est dérivable en 2 elle l'est aussi en -2.
2. Fonction
un
.
Soit Soit u une fonction dérivable et strictement positive sur un intervalle I de
.
La fonction
f=un
est définie par
f
(
x
)
=
(
u
(
x
)
)
n
.
Par ailleurs pour tout n, f est dérivable sur I partout où elle est définie et :
f '
(
x
)
=nu'
(
x
)
u
(
x
)
n1
.
remarque : Si
n<0
, f n'existe pas en les réels x de I tels
u
(
x
)
=0
.
Exemple :
f
(
x
)
=
(
4x2
)
5
.
f=u
u
(
x
)
=4
u est dérivable sur
alors f est aussi dérivable sur
et :
f '
(
x
)
=5×u'
(
x
)
×
(
u
(
x
)
)
=5×
(
2x
)
×
(
4
)
=10 x
(
4
)
.
Une démonstration par récurrence a été traitée en activité.
3. Fonction
f
(
x
)
=u
(
ax+b
)
f est la fonction définie par
f
(
x
)
=u
(
ax+b
)
xax+b
est une fonction affine et où u
est une fonction dérivable sur I.
Alors f est dérivable en tout réel x tel que
ax+bI
et
f '
(
x
)
=a×u'
(
ax+b
)
.
Exemple
f:x
3x2
f est du type
f
(
x
)
=u
(
3x2
)
u est la fonction racine carrée
dérivable sur
]
0;+
[
Alors f est dérivable dès que
3x2>0x>3
2
et :
f '
(
x
)
=3×1
2
3x2=3
2
3x2
.
S. Baudet 4 sur 4 classe de tle S3
1 / 4 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans linterface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer linterface utilisateur de StudyLib ? Nhésitez pas à envoyer vos suggestions. Cest très important pour nous !