Deuxième Partie :Preuve du théorème
Dans cette section uniquement, fdésigne une application vérifiant les hypothèses du théorème de Picard.
1. Démontrer que fadmet au plus un point fixe.
2. Démontrer qu’une fonction k-lipschitzienne sur Iest continue sur I.
3. Démontrer que si Iest un segment [a;b], alors fadmet un point fixe dans I.
4. On suppose dans cette question que I= [0,+∞[.
(a) Justifier que pour tout x > 0, on a f(x)6f(0) + kx.
(b) En déduire la limite de x7−→ f(x)−xen +∞
(c) En déduire que fadmet un point fixe dans [0,+∞[.
Cette preuve se généralise facilement à tout intervalle fermé non borné, ce qui achève la preuve de l’existence
du point fixe dans le théorème de Picard.
5. On note al’unique point fixe de fdans Iet (un)n∈Nla suite définie par un+1 =f(un)et de premier terme
u0∈I.
(a) Démontrer que :∀n∈N,|un−a|6kn|u0−a|
(b) En déduire que la suite (un)n∈Nconverge, préciser la limite.
Troisième Partie : Application aux points fixes attractifs
Dans cette section,f:I−→ Iest une fonction de classe C1et a∈Iun point fixe de fattractif, c’est-à-dire vérifiant
|f0(a)|<1.
On note (un)n∈Nla suite définie par un+1 =f(un)et de premier terme u0∈I
On suppose aussi que aest intérieur à I, c’est-à-dire que an’est pas une borne de I.
1. Démontrer en utilisant une définition «epsilonesque» de la continuité qu’il existe des réels k∈[0; 1[ et r > 0
tels que ∀x∈[a−r;a+r],|f0(x)|6k.
2. (a) En déduire que fest k-lipschitzienne sur l’intervalle J= [a−r;a+r]puis que Jest stable par f.
(b) Que peut-on en déduire pour la suite (un)n∈N, si l’on prend u0dans J?
3. Cas d’un point fixe répulsif.
On suppose cette fois-ci que aun point fixe répulsif de f, c’est à dire un point fixe tel que |f0(a)|>1.
On suppose de plus que (un)n∈Nn’est pas une suite stationnaire. Le but est de montrer que la suite (un)n∈N
ne converge pas vers a.
(a) Justifier que pour tout n∈N, un6=a.
(b) Démontrer que si la suite (un)n∈Nconverge vers a, alors à partir d’un certain rang, la suite de terme
général |un−a|est croissante.
(on pourra étudier la limite de f(un)−f(a)
un−a). Conclure.
Problème III :Dérivation
Les trois parties sont indépendantes.
Première partie
1. (a) Déterminer toutes les solutions de l’équation différentielle (E) (1 + x2)y0+ (2x−1)y= 0
(b) On note f, la solution de (E) vérifiant f(0) = 1 : préciser l’expression de f(x).
(c) Justifier que fest de classe C∞sur R.
2. (a) Montrer que, ∀n∈N, il existe une fonction polynomiale Pntelle que :∀x∈R, f (n)(x) = Pn(x)
(1 + x2)n+1 earctan(x)
On donnera la relation qui lie Pn+1, Pnet P0
n.
(b) Expliciter les polynômes P0, P1, P2.
(c) Prouver que, pour tout entier n Pnest de degré net que son coefficient dominant est (−1)n(n+ 1)!
3. (a) A l’aide de (E)et la formule de Leibniz déterminer une autre relation liant Pn+1, Pnet Pn−1(lorsque
n>1).
(b) En déduire que ∀n>1, P 0
n=−n(n+ 1)Pn−1
Deuxième partie Soit f:]0; +∞[−→ Rune application dérivable sur ]0; +∞[.
1. On suppose que lim
+∞f0=lavec lréel strictement positif.
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