Analyse 3
DM1
`
A rendre pour le 28 octobre
Exercice 1 (1 point)
Montrer, en revenant aux d´efinitions, que la fonction
f(x)=xsin 1
x,x=0
0,x=0
est continue sur R.
Solution :
Soit x0= 0. Montrons que
lim
xx0
f(x)=x0sin 1
x0
.
Soit >0.Pour x= 0 on a
|f(x)f(x0)|=
xsin 1
xx0sin 1
x0
=
xsin 1
xxsin 1
x0
+xsin 1
x0
x0sin 1
x0
|xx0|
sin 1
x0
+
sin 1
xsin 1
x0
|x|=
|xx0|
sin 1
x0
+|x|
2sin1
x1
x0
2cos 1
x+1
x0
2
.
Donc, comme pour tout xR,|sin x|1, |cos x|1et|sin x||x|, on a
que
|f(x)f(x0)||xx0|
|x0|+|x||x0x|
|xx0|=2
|xx0|
|x0|
Prenons δ=|x0|
2.
Alors, si |xx0|<δ, on a
|f(x)f(x0)|2|xx0|/|x0|<.
1
2
Nous avons montr´e que pour >0ilexisteδ>0telque|xx0|<δ
implique |f(x)f(x0)|<. Donc fest continue en tout x0= 0.
Montrons que
lim
x0f(x)=0.
Soit >0. Pour x= 0 on a
|f(x)f(x0)|=|xsin 1
x||x|.
Prenons δ=. Alors, pour tout xtel que |x|<δ, on a
|f(x)f(x0)||xx0|<δ=.
On conclut que fet continue sur R.
Exercice 2 (1 point)
Soit f:[0,1] [0,1] une fonction continue. Montrer que l’´equation
f(x)=xadmet au moins une solution. (Indication : on peut utiliser le
Th´eor`eme des valeurs interm´ediaires)
Solution :
Il faut montrer qu’il existe x0[0,1] tel que f(x0)=x0.
Prenons g:[0,1] Rd´efinie par g(x)=f(x)x. Il sut de montrer qu’il
existe x0[0,1] tel que
g(x0)=0.
Comme fest continue, la fonction gest continue sur [0,1].De plus, g(0) =
f(0) 0etg(1) = f(1) 111 = 0. Notons a=g(0) et b=g(1). On
donc a b0a. D’apr`es le Th´eor`eme des valeurs interm´ediaires, pour tout
d[b, a], il existe un r´eel x0[0,1] tel que g(x0)=d. En particulier, tel x0
existe pour d= 0.
Donc f(x)=xadmet au moins une solution.
Exercice 3 (1 point)
Soit XR,f:XRet x0adh´erent `a X. Montrer que fadmet une
limite finie en x0si et seulement si pour tout >0ilexisteδ>0telque
x,x
�� X(|xx0|<δ,|x�� x0|<δ|f(x)f(x��)|<).
Solution :
1. Supposons que fadmet une limite finie en x0, et notons cette limite .
Soit >0. Il existe δ>0telque
xX, (|xx0|<δ|f(x)|</2
Soit x,x
�� Xtels que |xx0|<δet |x�� x0|<δ. Alors
|f(x)f(x��)||f(x)|+|f(x��)|</2+/2=.
2. Supposons que pour tout >0ilexisteδ>0telque
x,x
�� X(|xx0|<δ,|x�� x0|<δ|f(x)f(x��)|<).
3
Montrons qu’il existe Rtel que lim
xx0
f(x)=.
Comme x0est adh´erent `a X, il existe une suite (xn)nNde nombres dans X
telle que lim
n→∞ xn=x0. Montrons que la suite correspondante (f(xn))nN
est une suite de Cauchy.
Soit >0.
Soit δ>0telquesixXet x�� Xalors |xx0|<δet |x�� x0|<δ
impliquent |f(x)f(x��)|</2.
Il existe NNtel que pour tout nN,|xnx0|<δ.
Alors, si nNet mN, on a |xnx0|<δet |xmx0|<δ,et donc
|f(xm)f(xn)|</2, ce que implique que (f(xn)) est Cauchy. Dans R
les suites de Cauchy convergent (voir cours), et donc il existe Rtel que
lim
n→∞ f(xn)=.Montrons que
lim
xx0
f(x)=.
Il existe N1Ntel que |f(xN1)|<
2.En plus, comme N1N, on a
|xN1x0|<δ.
Soit xXtel que |xx0|<δ. Alors
|f(x)||f(x)f(xN1)|+|f(xN1)|</2+/2=.
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