Université d’Orléans — Département de Mathématiques Licence 1 – Semestre 1
SLO1MA12 – Introduction au raisonnement mathématique 2
TD 4 — Correction
Exercice 1.
1. Faux car ©pn;nNªn’est pas majoré. En effet
lim
n→+∞pn=+∞.
2. Vrai il suffit de choisir un majorant de pn. Par
exemple : A =pn
3. Vrai car 1
nÉxnÊ1
x. Il suffit de choisir n=Eµ1
x+1.
4. Vrai car 2x+1ÉyxÉ1
2(y1). Il suffit de choisir
x=1
2(y1).
5. Faux car ½1
2(y1); yR¾n’est pas minoré. On ne
peut donc pas trouver xRtel que yR,xÉ1
2(y1)
6. Vrai car il suffit de prendre xdans l’intervalle
£y2;+∞£, par exemple x=y2.
7. Faux ©y2;yRªn’est pas majoré.
Exercice 2. • Soit xRProuvons que
xR,f(x)=f(x)
f(x)+f(x)=1
21
1+ex+1
21
1+ex=1(1 +ex)(1 +ex)
(1 +ex).(1 +ex)
=12exex
1+ex+ex+exex=12exex
2+ex+ex=11=0
Donc fest impaire.
• Soit xR,f(x)= −(ex
(1+ex)2=ex
(1+ex)2>0 car
ex>0.
Donc fest strictement croissante sur R.
• lim
x→−∞
1
1+ex=1 donc par somme lim
x→−∞ f(x)=1
2
lim
x→+∞
1
1+ex=0 donc par somme lim
x→−∞ f(x)=1
2
x−∞ +∞
Var. de f
1
2
1
2
Conclusion : xR,1
2Éf(x)É1
2
Exercice 3. Soit kZ, considérons les nombres xk=2kπ.
f(xk)=2kπ.cos(2kπ)=2kπ. Or {2kπ,kZ} n’est ni majoré, ni minoré car lim
k→−∞2kπ= −∞ et
lim
k→+∞2kπ=+∞.
Conclusion : fne peut être ni minorée, ni majorée.
Graphique de f
1
2
-1
-2
-3
10 20-10-20-30
Exercice 4. Non, il suffit de considérer par exemple A =]−∞;1]. Dans ce cas B =[1;+∞[.
On a sup(A) =1 et B n’a pas de bornes supérieure car B n’admet pas de majorant.
Exercice 5.
1. • Soit xA et yB. On sait que xÉy. On peut en déduire que :
A est majorée par yet non vide.
B est minorée par xet non vide.
D’après l’axiome de la borne supérieure : A admet un borne supérieure et B admet un borne inférieure.
• Pour tout yB, yest un majorant de A donc puisque sup(A) est le plus petit de majorant de A alors sup(A) Éy.
De cette dernière inégalité, on en déduis que sup(A) est un minorant de B, or inf(B) est le plus grand de minorant de B
donc
sup(A) Éinf(B)
2. Raisonnons par double implication :
Si sup(A) =inf(B), soit ǫ>0.
xA tel que sup(A)
ǫ
2<xÉsup(A) (1)
yB tel que inf(B) <yÉinf(B) +
ǫ
2donc inf(B)
ǫ
2Éy<inf(B) (2)
En additionnant les inégalité (1) et (2) on obtient :
sup(A) inf(B) ǫ<xy<sup(A) inf(B)
Or inf(A) =sup(B) d’où ǫ<xy<0 donc |xy|< ǫ
• Supposons que ǫ>0,xA,yB tels que |xy|<ǫ.
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Par l’absurde, supposons que sup(A) <inf(B) et posons ǫ=inf(B) sup(A). Puisque inf(B) est un minorant de B et sup(A)
majorant de A, on a xA, xÉsup(A) et yB, yÊinf(B).
Donc xyÊinf(B) sup(A) >ǫ, cela contredit l’hypothèse de départ. Donc sup(A) =inf(B)
Exemple (simple) de parties adjacentes : A =]−∞;1[et B =[1;3[
Exercice 6.
1. La fonction fest minorée sur A donc elle y admet une borne inférieure. En particulier xA, f(x)Êinf
Af. On obtient
alors xA, g(x)Êf(x)Êinf
Af. Le réel inf
Afest donc un minorant pour la fonction gsur A. Celle-ci admet donc une
borne inférieure qui est le plus grand des minorants. Ainsi inf
AgÊinf
Af.
2. La fonction fest majorée sur A donc elle y admet une borne supérieure. En particulier xA, f(x)Ésup
A
f. On trouve
xA, f(x)Êsup
A
f. La fonction fest donc minorée sur A. Celle-ci admet donc une borne inférieure qui est le plus
grand des minorants. Ainsi inf
A(f)Êsup
A
f. Nous avons xA, f(x)Êinf
A(f) ce qui donne xA, f(x)É inf
A(f).
On en conclut que inf
A(f) est un majorant de fet donc sup
A
fÉinf
A(f) ou encore sup
A
fÊinf
A(f). Les deux inégali-
tés obtenues permettent de conclure que inf
A(f)=sup
A
f.
3. Comme ici fet gsont majorées sur A, on a xA, f(x)Ésup
A
fet g(x)Ésup
A
g. On trouve alors xA, f(x)+g(x)Ésup
A
f+sup
A
g.
On trouve ainsi que la fonction f+gest majorée et admet une borne supérieure. Comme sup
A
f+sup
A
gest un majorant
on conclut que sup
A
(f+g)Ésup
A
f+sup
A
g.
Attention - Ici l’inégalité est généralement stricte. Exemple : f=cos, g=cos et A =R.
4. Ici xA, f(x)Ésup
A
f. Comme λ>0 on a xA, λf(x)Éλsup
A
f. On conclut que la fonction λfest majorée et admet
une borne supérieure. Comme λsup
A
fest un majorant, on conclut que sup
A
(λf)Éλsup
A
f. On procède de même avec λf.
On a xA, λf(x)Ésup
A
(λf). Comme λ>0 on a xA, f(x)É1
λsup
A
(λf). On conclut que 1
λsup
A
(λf) est un majorant
de f, d’où sup
A
fÉ1
λsup
A
(λf) ou encore λsup
A
fÉsup
A
(λf) car λ>0. Les deux inégalités obtenues permettent de conclure
queλsup
A
f=sup
A
(λf).
Exercice 7.Graphe de x7→E(x)
1
2
3
4
12345
Graphe de x7→ x
E(x)
1
2
12345
Graphe de x7→xE(x)
-1
-2
12345
Exercice 8.
|xa|< ǫǫ<xa<ǫaǫ<x<a+ǫx]aǫ,a+ǫ[
Exercice 9. ǫ>0, x]aǫ,a+ǫ[|xa|<ǫ
Si ǫ>0,|xa|<ǫ. Soit nN,1
n>0 donc nN,|xa|< 1
n. Or lim
n→+∞
1
n=0 donc par passage à la limite de l’inégalité, on
obtient |xa|É0. Or |xa| Ê0 donc |xa| =0 donc x=a. La réciproque est triviale.
Exercice 10.
|x+4|É 3
23
2Éx+4É3
211
2ÉxÉ5
2Donc A =·11
2;5
2¸
|3x|Ê 3
23xÊ3
2ou 3 xÉ3
2xÉ3
2ou xÊ9
2x¸−∞;3
2¸·9
2;+∞·Donc B =¸−∞;3
2¸·9
2;+∞·
|2x+1|É 5
25
2É2x+1É5
27
2É2xÉ3
27
4É2xÉ3
4Donc C =·7
4;3
4¸
2
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