La Spécialité Maths en Terminale

L'essentiel pour le bac

Continuité

I Fonctions continues

Définition

Soit f une fonction définie sur un intervalle I. Soit a dans I.

f est continue en a si et seulement si limxaf(x)=f(a).

f est continue sur I si et seulement si f est continue en tout nombre a de I.

Graphiquement, une fonction est continue quand le tracé de sa courbe représentative peut se faire sans lever le crayon.

Exemple

La fonction f est continue sur l'intervalle [0;2].
La fonction f est continue sur l'intervalle ]2;4].
Mais la fonction f n'est pas continue sur l'intervalle [0;4] car elle est discontinue en 2!

fig1

Propriété

Soit f une fonction définie sur un intervalle I. Soit a dans I.

Si f est dérivable en a, alors f est continue en a.

Si f est dérivable sur I, alors f est continue sur I.


Définition et propriété

Les fonctions polynômes, la fonction valeur absolue, la fonction racine carrée, la fonction exponentielle, la fonction logarithme népérien, les fonctions cosinus et sinus constituent les fonctions usuelles.
Les fonctions usuelles, ainsi que les fonctions obtenues par opérations ou par composition usant de fonctions usuelles, sont continues sur les intervalles sur lesquels elles sont définies.

Exemple

La fonction f(x)=(3x25)ex7 est-elle continue sur R?

f est définie sur R.
Et f est obtenue par opérations ou par composition de fonctions usuelles.
Donc f est continue sur R.


II Suites composées

Propriété

Si f est une fonction continue en l, et si limn+un=l, alors la suite composée f(un) converge vers f(l).

Exemple

Soit f définie pour tout x de R par f(x)=x2+3.
On considère la suite (un), définie pour tout naturel n par un=1n+2,
et la suite (vn) définie pour tout naturel n par vn=f(un).
Déterminer limn+vn.

On a: limn+un=0+2=2
Or la fonction f(x)=x2+3, obtenue par opérations de fonctions usuelles continues, est continue sur R, en particulier en 2.
Donc la suite (vn)=(f(un)) converge,
et on a: limn+vn=f(2)
Soit: limn+vn=7

Exemple

Soit (un) une suite définie par:
u0=50,
et par la relation de récurrence un+1=0,5un+10 (pour tout naturel n).
On suppose que (un) est convergente, et que limn+un=l.
Montrer que l=20.

Solution...

Savoir faire
La propriété précédente permet donc de trouver la limite d'une suite définie par récurrence, dès lors qu'on est assuré de son existence.
Ainsi, si limn+un=l, si un+1=f(un), et si f est continue, alors l est solution de l'équation l=f(l).


III Equations f(x)=k

Théorème des valeurs intermédiaires

Si f est une fonction continue sur [a;b],
Si k est un nombre compris entre f(a) et f(b),
Alors l'équation f(x)=k admet au moins une solution sur [a;b].

Propriété

Par convention, dans un tableau de variation, les flèches indiquent évidemment que la fonction est strictement monotone, mais aussi qu'elle est continue.

Exemple

La fonction f vérifie le tableau de variation ci-dessous.
Montrer que l'équation f(x)=12 admet au moins une solution sur [3;7].

fig2
Solution...

Théorème de la bijection

Si f est une fonction continue et strictement monotone sur [a;b],
Si k est un nombre compris entre f(a) et f(b),
Alors l'équation f(x)=k admet une unique solution sur [a;b].

Exemple

La fonction f vérifie le tableau de variation ci-dessous.
Montrer que l'équation f(x)=12 admet exactement 2 solutions, la première entre -2 et 2, la seconde entre 2 et 10.

fig3
Solution...

Généralisation

Les théorèmes des valeurs intermédiaires et de la bijection s'étendent naturellement à des intervalles semi-ouverts ou ouverts, bornés ou non.
Voir l'exemple ci-dessous.

Exemple

La fonction f vérifie le tableau de variation ci-dessous.
Montrer que l'équation f(x)=1 admet exactement 1 solution sur [2,7;+[.

fig4
Solution...

A quoi peut servir le théorème de la bijection ?
On est parfois confronté à des équations difficiles à résoudre algébriquement. Il est alors tentant de lancer un programme qui permettra d'encadrer la solution recherchée. Mais encore faut-il qu'elle existe, et qu'elle soit unique sur l'intervalle d'étude !
Par application du théorème de la bijection, on est assuré que le programme nous donnera un résultat satisfaisant.

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