Continuité et théorème des valeurs intermédiaires
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Soit f la fonction définie sur ℝ par f(x) = x³ − 6x + 2. a) Montre que l'équation f(x) = 0 admet au moins une solution dans [0 ; 1]. b) À l'aide de deux étapes de dichotomie, donne un encadrement de cette solution d'amplitude 0,25.
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a) f est un polynôme, donc continue sur [0 ; 1].
f(0) = 0 − 0 + 2 = 2.
f(1) = 1 − 6 + 2 = −3.
f(0) et f(1) sont de signes contraires (0 est compris entre −3 et 2). D'après le TVI, il existe une solution c dans [0 ; 1].
b) Dichotomie. On coupe l'intervalle en deux à chaque étape.
Étape 1 : milieu 0,5. f(0,5) = 0,125 − 3 + 2 = −0,875 < 0.
Comme f(0) = 2 > 0 et f(0,5) < 0, la solution est dans [0 ; 0,5].
Étape 2 : milieu 0,25. f(0,25) = 0,015625 − 1,5 + 2 = 0,515625 > 0.
Comme f(0,25) > 0 et f(0,5) < 0, la solution est dans [0,25 ; 0,5].
Encadrement : 0,25 < c < 0,5, d'amplitude 0,5 − 0,25 = 0,25. C'est ce qui était demandé. - 2
Soit f définie sur ℝ par f(x) = x³ + 3x − 5. a) Calcule f '(x) et étudie son signe. b) Montre que l'équation f(x) = 0 admet une unique solution α dans ℝ. c) Justifie que 1 < α < 2.
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a) f '(x) = 3x² + 3.
Un carré 3x² est toujours positif ou nul, donc 3x² + 3 ≥ 3 > 0.
Ainsi f '(x) > 0 sur ℝ : f est strictement croissante sur ℝ.
b) f est continue (polynôme) et strictement croissante sur ℝ.
De plus, quand x → −∞, f(x) → −∞ ; quand x → +∞, f(x) → +∞.
La valeur 0 est comprise entre ces deux limites. D'après le corollaire du TVI, l'équation f(x) = 0 admet une unique solution α.
c) Calculons aux bornes : f(1) = 1 + 3 − 5 = −1 < 0 et f(2) = 8 + 6 − 5 = 9 > 0.
0 est compris entre f(1) et f(2), et f est strictement croissante : donc α est entre 1 et 2, soit 1 < α < 2. - 3
Soit f définie sur ℝ par f(x) = x⁵ + x + 1. Montre qu'il existe un unique réel α tel que f(α) = 0, puis prouve que −1 < α < 0.
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Une fonction f est continue sur [−2 ; 3]. Son tableau de variations indique : f(−2) = 4 ; f décroît jusqu'au minimum f(1) = −2 ; puis f croît jusqu'à f(3) = 5. Combien l'équation f(x) = 0 admet-elle de solutions sur [−2 ; 3] ? Justifie.
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On veut encadrer √2, qui est la solution positive de l'équation x² − 2 = 0. On pose f(x) = x² − 2. a) Vérifie que la solution est dans [1 ; 2]. b) Effectue deux étapes de dichotomie pour resserrer l'encadrement.
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Soit f définie sur ℝ par f(x) = x + eˣ. Montre que l'équation f(x) = 0 admet une unique solution α, puis prouve que −1 < α < 0.
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Une fonction f est continue et strictement décroissante sur [2 ; 8], avec f(2) = 10 et f(8) = −4. Justifie soigneusement que l'équation f(x) = 3 admet une unique solution sur [2 ; 8].
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Soit f la fonction définie par : f(x) = x² si x ≤ 1, et f(x) = x + 1 si x > 1. La fonction f est-elle continue en 1 ? Justifie par le calcul des limites.
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Montre que l'équation cos(x) = x admet au moins une solution dans l'intervalle [0 ; ].
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On étudie l'équation f(x) = 0 avec f(x) = x³ + x − 3, continue sur ℝ. On donne f(1) = −1 et f(1,5) = 1,875. a) Justifie qu'il existe une solution dans [1 ; 1,5]. b) Effectue une étape de dichotomie pour préciser l'encadrement.
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