27 septembre 2013
Pratiques Calculatoires
I Inégalités dans R
I.A Inégalités larges et strictes
L’ensemble des nombres réels (noté R) est muni des opérations +et ×.
On définit la relation aÉb(qui peut être vraie ou fausse). Cette relation est vraie si et seulement si baest un réel
positif ou nul.
La relation Émuni l’ensemble des nombres réels d’une relation d’ordre totale. Cela signifie que cette relation
d’ordre est compatible avec les opérations +et ×:
a,b,cet détant des réels quelconques (i.e. : (a,b,c,d)R4) :
1. aÉa(la relation Éest réflexive)
2. Si aÉbet bÉcalors aÉc(transitivité)
3. Si aÉbet bÉaalors a=b(antisymétrie)
4. aÉba+cÉb+c
5. Si 0 Éaet 0 Ébalors 0 Éa×b
6. Si aÉbet 0 Écalors c×aÉc×b
7. Si aÉbet cÉ0 alors c×bÉc×a
8. Si aÉbet cÉdalors a+cÉb+d
9. Si 0 ÉaÉbet 0 ÉcÉdalors 0 Éa×cÉb×d
Proposition 1 (Compatibilité avec les opérations et premières propriétés)
Exercice I.1 : Utilisons ces propriétés pour résoudre des inégalité simples :
1. 4x5É5x1
2. x2Éx
3. Dresser le tableau de signe de f(x)=ax +b
4. Comparer n2+1 et (n+1)2pour nN.
Démonstration. On démontre quelques unes de ces propriétés en étudiant le signe de la différence de ces expressions.
On définit une relation dite dordre strict notée <qui est la restriction de la relation d’ordre aux couples d’élé-
ments distincts : x<ysi et seulement si xÉyet x6= y.
Définition 1 (Inégalités strictes)
Remarque 1 : Attention : <n’est pas une relation d’ordre puisque la réflexivité n’est pas satisfaite!
I.B Intervalles de R
Un intervalle de Rest une partie convexe de R, c’est-à-dire un ensemble Ide réels vérifiant la propriété suivante :
(x,y)I2,xÉy[x,y]I
autrement dit :
(x,y)I2,xÉyz[x,y],zI
Définition 2 (Définition d’un intervalle)
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I.B Intervalles de
R27 septembre 2013
Remarque 2 : On retiendra pour le moment que l’on appelle intervalle réel un ensemble de nombres délimité par
deux nombres réels constituant une borne inférieure et une borne supérieure. C’est à dire : un intervalle contient tous
les nombres réels compris entre ces deux bornes
Soient (a,b)R2, cette définition regroupe les intervalles des types suivants :
1. Intervalle ouvert : ]a,b[={xR,a<x<b}
2. Intervalle fermé : [a,b]={xR,aÉxÉb}
3. Intervalle semi-ouverts ]a,b]={xR,a<xÉb}et [a,b[={xR,aÉx<b}
Définition 3 (ISO 31-11)
À ces intervalles se sont ajoutés les ensembles des réels inférieurs à une valeur, ou supérieurs à une valeur. On
ajoute donc les intervalles de ce type :
1. ],a[={xR,x<a}
2. ],a]={xR,xÉa}
3. ]a,+∞[={xR,a<x}
4. [a,+∞[={xR,aÉx}
Définition 4
Remarque 3 : On définit aussi les intervalles particuliers :
1. L’ensemble vide (à la fois ouvert et fermé) : ;={}
2. {a}=[a,a] (fermé)
3. R=],+∞[ (ouvert)
On définit dans le tableau ci-dessous les relations intervalles-inégalités-représentation graphique :
Intervalle Inégalité Représentation
[a,b]aÉxÉbab
[a,b[aÉx<bab
]a,b[a<x<bab
]a,+∞[a<xa
],b]xÉbb
Soient Iet Jdeux intervalles de R.
1. On appelle réunion de Iet Jl’ensemble noté IJcontenant l’ensemble des réels qui appartiennent soit
àI, soit à J.
IJ={xR,xIou xJ}
2. On appelle intersection de Iet Jl’ensemble noté IJcontenant l’ensemble des réels de qui appartiennent
àIET à J.
IJ={xR,xIET xJ}
Définition 5
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I.C Composition d’une inégalité et d’une fonction monotone
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Remarque 4 : Attention, le OU mathématiques est toujours inclusif contrairement au langage courant « fromage
ou dessert » est exclusif par exemple...
Une intersection d’intervalles de Rest toujours un intervalle.
Proposition 2
Démonstration. On suppose que Iet Jsont deux intervalles de R. On peut supposer que Iet Jsont non réduits à un singleton (sinon leur intersec-
tion est soit réduite à ce point, soit à l’ensemble vide, qui sont des intervalles)
On note E=IJ.
Soient aet bdeux réels de l’ensemble E, on peut supposer que aÉbquitte à échanger ces réels.
aEdonc aIet aJ
bEdonc bIet bJ
Par définition de la notion d’intervalle, on a donc [a,b]Iet [a,b]Jdonc z[a,b] on a donc zIet zJ, en conclusion, zE.
Donc Eest un intervalle par définition : Si aEet bEalors, [a,b]E.
Exemple 1 : ],3[]5,7[
]2,4[]5,7[
],6[]5,7[],π[]π,p2[
Remarque 5 : Attention, la réunion de deux intervalles n’est pas toujours un intervalle.
Exemple 2 : ],3[]5,7[
]2,3[]5,7[
I.C Composition d’une inégalité et d’une fonction monotone
Soit fune application d’un intervalle Ià valeurs dans R.
1. fest dite croissante sur Isi :
(a,b)I2,aÉbf(a)Éf(b)
2. fest dite décroissante sur Isi :
(a,b)I2,aÉbf(a)Êf(b)
Définition 6
Remarque 6 : Une fonction croissante sur un intervalle conserve l’ordre... exemples (fonction carrée, racine, loga-
rithme, exp...)
I.D Valeur absolue, inégalité triangulaire
Pour xR, on définit la valeur absolue de xpar :
|x|=max(x,x)=½xsi xÊ0
xsi xÉ0
On peut aussi définir la distance entre deux réels xet ypar : d(x,y)=|yx|
Définition 7
Remarque 7 : La valeur absolue du réel xest aussi appelée sa distance à 0.
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I.E Minorer, majorer
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(x,y)R2, on a :
1. |x|=0x=0
2. |x|=|x|
3. |x|=|y|½x=y
x=y
Proposition 3 (Premières propriétés des valeurs absolues)
Démonstration. 1. () On suppose |x|= 0, donc x=0 ou x=0 ce qui impose x=0
() Si x=0 alors |x|=|à|=0
2. |x|= max(x,x)=max(x,x)=|x|
3. |x|= |y| ½Si xÊ0x=|y|
Si xÉ0x=|y|
x=y
x=y
x=y
x=y
½x=y
x=y
(x,y)R2, on a :
1. |x+y|É|x|+|y|
2. ¯¯|x||y|¯¯É |x+y|
Proposition 4 (Inégalité triangulaire)
Démonstration.
1. Il suffit de comparer les carrés, car pour tout Xréel, |X|Ê 0 :
|x+y|2=(x+y)2=x2+y2+2x y
= |x|2+|y|2+2x y É |x|2+|y|2+2|x y|É(|x|+|y|)2
2. |x|= |y+(x+y)|É|y|+|x+y| = |y|+|x+y|, donc : |x||y| É|x+y|De même, |y||x|É|x+y|. Donc ||x||y||É |x+y|
rétant un réel positif. i.e. : rR
+
1. |xa|=r
x=a+r
ou
x=ar
2. |xa|Érx[ar,a+r]
3. |xa|Êrx],ar][a+r,+∞[
Proposition 5 (Résolution d’équations et inéquations avec valeurs absolues)
Remarque 8 : 1. Si r<0 :
(a) L’équation |xa|=rn’a aucune solution.
(b) |xa|Érn’a aucune solution.
(c) |xa|Êradmet Rcomme ensemble de solutions.
2. Réécrire la propriété avec des inégalités strictes
3. Représentations graphiques ...
Démonstration.
I.E Minorer, majorer
« La base de l’analyse [...] pourrait se résumer en trois mots : majorer, minorer, approcher. »
Calcul infinitésimal, Jean Dieudonné.
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On utilise très souvent les valeurs absolues pour encadrer des expressions dont on veut connaître le comporte-
ment. Par exemple :
aÉxÉbaa+b
2Éxa+b
2Éba+b
2
ab
2Éxa+b
2Éba
2
ba
2Éxa+b
2Éba
2
¯¯¯¯xa+b
2¯¯¯¯Éba
2
Finalement, majorer et minorer xrevient toujours à écrire une majoration de |xc|cest le milieu de l’intervalle
d’encadrement de x.
I.E.1 Majoration, minoration, encadrement d’une somme
La définition de la relation d’ordre dans Rpermet d’écrire, pour tout réels (x,x,a,a,b,b) :
½aÉxÉb
aÉxÉba+aÉx+xÉb+b
On a alors :
bÉxÉadonc abÉxxÉba
En conclusion :
Pour majorer (respectivement minorer) une somme, il suffit de majorer (respectivement minorer) chacun des
termes
Pour majorer une différence xxil suffit de majorer xet de minorer x
Pour minorer une différence xxil suffit de majorer xet de minorer x
I.E.2 Majoration, minoration, encadrement d’un produit ou d’un quotient
Pour tout réels (x,x,a,a,b,b)strictement positifs :
½0<aÉxÉb
0<aÉxÉb0<a×aÉx×xÉb×b
On a aussi :
0<1
b
É1
xÉ1
adonc a
bÉx
xÉb
a
En conclusion :
Pour majorer (respectivement minorer) un produit de deux réels strictement positifs, il suffit de majorer (respecti-
vement minorer) chacun de ses facteurs.
Pour majorer le quotient x
xde deux réels strictement positifs il suffit de majorer le numérateur et minorer le déno-
minateur.
Pour minorer le quotient x
xde deux réels strictement positifs il suffit de minorer le numérateur et majorer le déno-
minateur.
II Équations et inéquations polynomiales de degrés 2 et 3
II.A Équation du second degré
II.A.1 Factorisation, forme canonique
On considère l’équation suivante où aR, (b,c)R2:
ax2+bx +c=0aµx+b
2a2
b2
4a+c
Cette équation équivaut donc à
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