Uniforme continuité

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Enoncés
1
Uniforme continuité
Exercice 1 [ 01818√] [correction]
Montrer que x 7→ x est uniformément continue sur R+ .
Exercice 2 [ 01819 ] [correction]
Montrer que x 7→ ln x n’est pas uniformément continue sur R+? .
Exercice 3 [ 01820 ] [correction]
Montrer que x 7→ x ln x est uniformément continue sur ]0, 1].
Exercice 4 [ 02821 ] [correction]
Soit f : R+ → R uniformément continue. Montrer qu’il existe des réels positifs a
et b tels que
∀x > 0, |f (x)| 6 ax + b
Exercice 5 [ 03034 ] [correction]
Soit f : [0, 1[ → R uniformément continue. Montrer que f est bornée.
Exercice 6 [ 03035 ] [correction]
Soit f : R+ → R continue et tendant vers 0 à l’infini.
Montrer que f est uniformément continue.
Exercice 7 [ 03153 ] [correction]
Soit f : R+? → R une fonction uniformément continue vérifiant
∀x > 0, f (nx) −−−−→ 0
n→∞
Montrer que f converge vers 0 en +∞.
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Corrections
Corrections
Exercice 4 : [énoncé]
Pour ε = 1 > 0 l’uniforme continuité assure l’existence d’un α > 0 tel que
Exercice 1 : [énoncé]
Pour y > x > 0,
∀x, y ∈ R, |x − y| 6 α ⇒ |f (x) − f (y)| 6 1
√
√
√
( y − x)2 = y + x − 2 xy 6 y − x
donc
Par symétrie
2
√
y−
√
x6
√
y−x
√
√ p
∀x, y > 0, y − x 6 |y − x|
Soit ε > 0. Considérons η = ε2 > 0.
Pour tout x, y > 0,
√
√ p
√
|y − x| 6 η ⇒ y − x 6 |y − x| 6 η = ε
La fonction racine carrée est donc uniformément continue.
Exercice 2 : [énoncé]
Par l’absurde supposons que x 7→ ln x soit uniformément continue sur R+? .
Pour ε = 1, il existe η > 0 tel que
∀x, y > 0, |y − x| 6 η ⇒ |ln y − ln x| 6 ε
Pour y = x + η,
|ln y − ln x| = ln
x+η
x
−−−−→
+∞
+
x→0
Absurde.
Posons n = bx/αc. On a |f (α) − f (0)| 6 1, |f (2α) − f (α)| 6 1,. . . ,
|f (nα) − f ((n − 1)α)| 6 1 et |f (x) − f (nα)| 6 1 donc en sommant
|f (x) − f (0)| 6 n + 1 puis |f (x)| 6 bx/αc + 1 + |f (0)| 6 ax + b avec a = 1/α et
b = 1 + |f (0)|.
Exercice 5 : [énoncé]
Pour ε = 1, il existe α > 0 tel que
∀x, y ∈ [0, 1[ , |y − x| 6 α ⇒ |f (y) − f (x)| 6 1
Par suite, pour tout x ∈ [1 − α, 1[, on a |f (x) − f (1 − α)| 6 1 puis
|f (x)| 6 1 + |f (1 − α)|.
De plus, la fonction f est continue donc bornée sur le segment [0, 1 − α] par un
certain M .
On a alors f bornée sur [0, 1[ par max {M, 1 + |f (1 − α)|}.
Exercice 6 : [énoncé]
Soit ε > 0.
Puisque f tend vers 0 en +∞, il existe A ∈ R+ tel que pour tout x ∈ [A, +∞[,
|f (x)| 6 ε/2.
Puisque la fonction f est continue, elle est continue sur le segment [0, A + 1] et
donc uniformément continue sur ce segment en vertu du théorème de Heine.
Par suite il existe α > 0 tel que
2
∀(x, y) ∈ [0, A + 1] , |y − x| 6 α ⇒ |f (y) − f (x)| 6 ε
Exercice 3 : [énoncé]
Soit f : [0, 1] → R définie par
(
f (x) =
x ln x si x 6= 0
Posons α0 = min {α, 1} > 0.
Soient x, y ∈ R+ tels que |x − y| 6 α0 .
Quitte à échanger, supposons que x est le plus petit de x et y.
Si x ∈ [0, A] alors x, y ∈ [0, A + 1] et |y − x| 6 α donc |f (y) − f (x)| 6 ε.
Si x ∈ [A, +∞[ alors x, y ∈ [A, +∞[ donc |f (y) − f (x)| 6 |f (y)| + |f (x)| 6 ε.
0 sinon
f est continue sur le segment [0, 1], donc uniformément continue sur [0, 1] et donc
a fortiori sur ]0, 1].
Exercice 7 : [énoncé]
Soit ε > 0. Puisque f est uniformément continue, il existe α > 0 vérifiant
∀x, y > 0, |y − x| 6 α ⇒ |f (y) − f (x)| 6 ε
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Corrections
3
Considérons alors la suite (f (nα)). Puisque celle-ci converge vers 0, il existe
N ∈ N vérifiant
∀n > N, |f (nα)| 6 ε
Posons A = N α. Pour x > A, il existe n > N vérifiant
|nα − x| 6 α
et donc
|f (x)| 6 |f (x) − f (nα)| + |f (nα)| 6 2ε
On peut alors conclure que f converge vers 0 en +∞.
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