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Continuité et théorème des valeurs intermédiaires

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  1. 1

    On considère la fonction f définie pour x≠3x \ne 3 par f(x)=(x2−9)(x−3)f(x) = \frac{(x^{2} - 9)}{(x - 3)}, et par f(3)=af(3) = a, où a est un réel à déterminer.
    Détermine la valeur de a pour laquelle f est continue en 3.

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    a) Pour x≠3x \ne 3, on factorise le numérateur : x2−9=(x−3)(x+3)x^{2} - 9 = (x - 3)(x + 3) (identité remarquable a2−b2a^{2} - b^{2}).
    Donc f(x)=((x−3)(x+3))(x−3)=x+3f(x) = \frac{((x - 3)(x + 3))}{(x - 3)} = x + 3 (on simplifie par x−3x - 3, non nul car x≠3x \ne 3).
    b) Quand x→3x \to 3, f(x)=x+3→3+3=6f(x) = x + 3 \to 3 + 3 = 6.
    c) Pour que f soit continue en 3, il faut que la limite en 3 soit égale à la valeur f(3)=af(3) = a.
    Or la limite vaut 6, donc il faut a=6a = 6.
    Avec a=6a = 6, on a « prolongé f par continuité » en 3.

  2. 2

    Soit f une fonction continue sur [0 ; 1][0 \,;\, 1] telle que, pour tout x de [0 ; 1][0 \,;\, 1], f(x) appartient aussi à [0 ; 1][0 \,;\, 1]. On veut montrer qu'il existe un réel c de [0 ; 1][0 \,;\, 1] tel que f(c)=cf(c) = c (un « point fixe »).
    Montre que f admet un point fixe.

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    a) g(x)=f(x)−xg(x) = f(x) - x est la différence de deux fonctions continues sur [0 ; 1][0 \,;\, 1] : f (donnée continue) et x ↦ x (polynôme). Donc g est continue sur [0 ; 1][0 \,;\, 1].
    b) g(0)=f(0)−0=f(0)g(0) = f(0) - 0 = f(0). Or f(0) appartient à [0 ; 1][0 \,;\, 1], donc f(0)≥0f(0) \ge 0 : ainsi g(0)≥0g(0) \ge 0.
    g(1)=f(1)−1g(1) = f(1) - 1. Or f(1) appartient à [0 ; 1][0 \,;\, 1], donc f(1)≤1f(1) \le 1 : ainsi g(1)=f(1)−1≤0g(1) = f(1) - 1 \le 0.
    c) Deux cas.
    • Si g(0)=0g(0) = 0 ou g(1)=0g(1) = 0, alors 0 ou 1 est déjà un point fixe, c'est terminé.
    • Sinon g(0)>0g(0) > 0 et g(1)<0g(1) < 0 : g est continue et change de signe sur [0 ; 1][0 \,;\, 1]. D'après le TVI, il existe c dans [0 ; 1][0 \,;\, 1] tel que g(c)=0g(c) = 0, c'est-à-dire f(c)−c=0f(c) - c = 0, donc f(c)=cf(c) = c.
    Dans tous les cas, il existe un point fixe c vérifiant f(c)=cf(c) = c.

  3. 3

    On définit la suite (unu_n) par u0=0u_{0} = 0 et un+1=12un+3u_{n+1} = \frac{1}{2}u_{n} + 3. On pose f(x)=12x+3f(x) = \frac{1}{2}x + 3.
    Calcule ℓ.

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  4. 4

    Soit f définie sur ℝ par f(x)=ex+x−2f(x) = e^{x} + x - 2.
    Montre que 0<α<10 < \alpha < 1, puis donne un encadrement de α d'amplitude 0,5 par une étape de dichotomie.

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  5. 5

    On pose g(x)=x3−3xg(x) = x^{3} - 3x pour x réel, et on s'intéresse, selon la valeur du paramètre réel m, au nombre de solutions de l'équation g(x)=mg(x) = m.
    Selon les valeurs de m, combien l'équation x3−3x=mx^{3} - 3x = m a-t-elle de solutions ?

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  6. 6

    Soit f définie sur ℝ par f(x)=x4−4x+1f(x) = x^{4} - 4x + 1.
    Donne un encadrement d'amplitude 1 pour chacune des solutions.

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  7. 7

    Soit f définie sur [0 ; 4][0 \,;\, 4] par f(x)=x3−6x2+9x+1f(x) = x^{3} - 6x^{2} + 9x + 1.
    Combien l'équation f(x)=3f(x) = 3 admet-elle de solutions sur [0 ; 4][0 \,;\, 4] ? Justifie à l'aide du TVI.

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  8. 8

    On définit la suite (unu_n) par u0=0u_{0} = 0 et, pour tout entier n, un+1=un+2u_{n+1} = \sqrt{u_{n} + 2}. On pose f(x)=x+2f(x) = \sqrt{x + 2}.
    Résous l'équation ℓ =ℓ+2= \sqrt{\ell + 2} et détermine la valeur de la limite ℓ.

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  9. 9

    Soit f définie sur ℝ par f(x)=2x3−3x2−12x+5f(x) = 2x^{3} - 3x^{2} - 12x + 5.
    Donne pour chacune un encadrement entier d'amplitude 1.

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  10. 10

    On considère la fonction f définie sur ℝ par f(x)=x3−3x2+1f(x) = x^{3} - 3x^{2} + 1.
    On appelle β la plus grande solution de f(x)=0f(x) = 0. Montre que β est dans ]2 ; 3[]2 \,;\, 3[, puis donne, par dichotomie, un encadrement de β d'amplitude 0,25.

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