Calcul différentiel Chapitre 27 : Fonctions de deux variables
Preuve
: Soit
a∈ O
,
f
est continue en
a
et
f
(
a
)
> λ
, en prenant
"
=
f
(
a
)
−λ >
0, il existe
r>
0 tel que
u∈B(a,r) =⇒ |f(u)−f(a)|< ", ce qui entraîne f(u)> λ, donc B(a,r)⊂ O, ce qui prouve que Oest un ouvert.
THÉORÈME 27.2
Ð
Ð
Ð
Si
f
est continue en
a
= (
x0,y0
)
∈A
, alors la première application partielle de
f
en
a
est continue
en x0, et la deuxième est continue en y0. Mais la réciproque est fausse.
Preuve
: Soit
" >
0, il existe
r>
0 tel que
∀u∈A,ku−ak<r
=
⇒ |f
(
u
)
−f
(
a
)
|< "
. Soit
t∈R
, si
|t−x0|<r
, alors
k
(
t,y0
)
−ak
=
|t−x0|<r
, donc
|f
(
t,y0
)
−f
(
a
)
|< "
, c’est à dire
|f1,a
(
t
)
−f1,a
(
x0
)
|< "
, ce qui prouve que
f1,a
est
continue en x0. Le raisonnement est similaire pour f2,a.
Donnons un contre-exemple pour la réciproque :
f
(
x,y
) =
¨x y
x2+y2si (x,y)6= (0,0)
0 si (x,y) = (0,0)
, en considérant les
directions
u
= (1
,
1)et
v
= (1
,−
1), on voit que la fonction
f
n’a pas de limite en (0
,
0), donc
f
n’est pas continue en
(0,0), par contre les deux applications partielles de fen (0, 0)sont continues en 0 car elles sont nulles.
4) Extension
Soit
A
un partie de
R2
et
f
:
A→R2
, alors pour tout couple (
x,y
)de
A
,
f
(
x,y
)est un couple de réels
dont les deux composantes sont fonctions de
x
et
y
, par conséquent il existe deux fonctions :
f1,f2
:
A→R
telles que :
∀(x,y)∈A,f(x,y) = ( f1(x,y),f2(x,y)).
Par définition, les fonctions f1et f2sont les fonctions composantes de f.
DÉFINITION 27.5
–
Une telle fonction
f
est dite
continue
en
a∈A
lorsque les
fonctions composantes sont continues
en a.
–
Soit
`
= (
`1,`2
)
∈R2
et soit
a∈R2
adhérent à
A
, on dit que
f
admet pour limite
`
en
a
lorsque
fonctions composantes admettent pour limite respectivement `1et `2en a.
Remarques:
– Cela s’applique aussi aux fonctions à valeurs complexes.
– Cette définition se généralise aux fonctions à valeurs dans Rn.
THÉORÈME 27.3
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Ð
Soit f:A→R2,a∈R2adhérent à A, et `= (`1,`2)alors lim
af=`ssi :
∀" > 0,∃α > 0,∀u∈A,ku−ak< α =⇒ kf(u)−`k< ".
Preuve: maxn|f1(u)−f1(a)|,|f2(u)−f2(a)|o¶kf(u)−f(a)k=p|f1(u)−f1(a)|2+|f2(u)−f2(a)|2.
Remarque: On en déduit que fest continue en a∈Assi lim
af=f(a).
Il est facile de vérifier que
C0
(
A,R2
)est un
R
-espace vectoriel pour les opérations usuelles [c’est même
une
C
-algèbre si on remplace
R2
par
C
], et que
la composée de deux fonctions continues est continue
.
II) Calcul différentiel
1) Dérivées partielles premières
Soit
U
un ouvert de
R2
et soit
a
= (
x0,y0
)
∈U
, il existe
" >
0 tel que
B
(
a,p2"
)
⊂A
, par conséquent le
pavé ouvert ]
x0−"
;
x0
+
"
[
×
]
y0−"
;
y0
+
"
[est inclus dans
U
, donc la première application partielle de
f
en aest définie au moins sur l’intervalle ]x0−";x0+"[, et la deuxième sur ]y0−";y0+"[.
MPSI - COURS cFradin Patrick – http://mpsi.tuxfamily.org 4