la continuité d'une fonction numérique part 3

belehsen said
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la continuité d'une fonction numérique 2 bac

Le théorème des valeurs intermédiaires

theoreme
Soit f est une fonction numérique continue sur [a;b], k est un nombre réel entre f(a) et f(b) alors il existe au moins un élément c[a;b] tel que : f(c)=k
exemple
l'équation x34x2+1=0 admet une solution dans l 'intervalle [0;1]. en effet: soit f(x)=x34x2+1, la fonction f est continue sur R car c'est une fonction polynomiale en particulier elle est continue sur [0;1] . d'autre part f(0)=1 et f(1)=2. comme 0 est entre 1 et 2 l'équation admet une solution dans [0;1].
proposition
Soit f est une fonction numérique continue sur [a;b], k est un nombre réel entre f(a) et f(b), si de plus f est strictement monotone sur [a;b] alors il existe un unique élément c[a;b] tel que : f(c)=k
remarque
f est strictement monotone sur [a;b] veut dire qu'elle est soit strictement croissante soit strictement décroissante sur [a;b].
proposition
Soit f est une fonction numérique continue sur [a;b], avec f(a).f(b)0 alors il existe au moins un élément c[a;b] tel que : f(c)=0
proposition
Soit f est une fonction numérique continue sur [a;b], avec f(a).f(b)0 , si de plus f est strictement monotone sur [a;b] alors il existe un unique élément c[a;b] tel que : f(c)=0 l'hypothèse f(a).f(b)0 veut dire que k=0 est entre f(a) et f(b),
remarque
l'hypothèse f(a).f(b)0 veut dire que k=0 est entre f(a) et f(b), Le théorème des valeurs intermédiaires permet de monter l'existence, de localiser et d'approximer les solutions de certains equations.
exercice
Montrer que l'équation admet une unique solution dans l'intervalle donné
  1. x4+2x3=0 ; [1/2;2]
  2. x3+x3=0 ; [0;2]
  3. sin(x)+cos(x)=1/2 ; [π/2;π]
  1. On pose f(x)=x4+2x3=0, on a f est continue sur R car c'est une fonction polynomiale. en particulier f est continue sur [1/2;2]. On a aussi f(1/2)=(1/2)4+2.1/23=1/16+13=1/162=31/16<0 et f(2)=(2)4+2.23=4+223=1+22>0 Par le théorème des valeurs intermédiaires l'équation x4+2x3=0 admet au mois une solution dans [1/2;2] . D'un autre part on a : f(x)=4x3+2>0x[1/2;2] d'où f est strictement croissante dur [1/2;2]. Finalement l'équation x4+2x3=0 possède une unique solution dans [1/2;2] .
  2. On pose g(x)=x3+x3=0, alors g est continue sur R car c'est une fonction polynomiale. en particulier g est continue sur [0;2]. de plus g(0)=03+03=3<0 et g(2)=23+23=8+23=7>0 On conclut par le théorème des valeurs intermédiaires que l'équation x3+x3=0 a au mois une solution dans [0;2]. D'un autre part on a : g(x)=3x2+1>0x[0;2] d'où g est strictement croissante dur [0;2]. Finalement l'équation x3+x3=0 a une seule solution dans [0;2].
  3. Pour le dernier cas, remarquez-vous d'abord que le second membre de l'équation n'est pas nul. On pose k(x)=sin(x)+cos(x)1/2 l'équation est alors équivalente à k(x)=0. on a k est une fonction continue sur R car somme de fonction continue sur R. en particulier k est continue sur [π/2;π] on : k(π/2)=sin(π/2)+cos(π/2)1/2=1+01/2=1/2>0 et k(π)=sin(π)+cos(π)1/2=011/2=3/2<0 toujours d'après le théorème des valeurs intermédiaires l'équation k(x)=0 qui est la même que sin(x)+cos(x)=1/2 possède une solution dans [π/2;π]. On sait que les deux fonction sin et cos sont strictement décroissante sur [π/2;π] , donc k est strictement décroissante sur [π/2;π] ( ici on a utiliser que la dérivé d'une constante est nulle) Finalement l'équation sin(x)+cos(x)=1/2 a une seule solution dans [π/2;π].

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