Module

Théorèmes fondamentaux des fonctions continues

Domaine
Analyse

Théorème des valeurs intermédiaires

Théorème Valeurs intermédiaires

Théorème admis.

Soit \(f\) une fonction continue sur \([a,b]\).

Soit \(y\) un réel compris entre \(f(a)\) et \(f(b)\). Alors toute valeur intermédiaire \(y\) à \(f(a)\) et \(f(b)\) est atteinte par \(f\) sur \([a,b]\).

Plus précisément, il existe un réel \(x\) compris entre \(a\) et \(b\) tel que \(f(x)=y\).

L’image d’un intervalle par une fonction continue est un intervalle.

Figure Valeur intermédiaire atteinte

Une valeur intermédiaire de la fonction est atteinte entre les abscisses \(a\) et \(b\).

Remarque Existence d’une solution

Ce théorème donne l’existence d’une solution à l’équation \(f(x)=y\).

Exemple résolu Recherche d’un zéro et signe constant réservé aux comptes

Corollaire Existence d’un zéro par changement de signe

\[f\in\mathcal{C}^0(I),\quad a,b\in I,\quad f(a)f(b)<0\Longrightarrow\exists c\in]a,b[,\ f(c)=0\]
Remarque Signe constant en l’absence de zéro

Autrement dit, sur un intervalle, une fonction continue qui ne s’annule pas garde un signe constant.

Exemple résolu Existence de solutions d’une équation polynomiale réservé aux comptes

Théorème Bornes atteintes sur un segment

Théorème admis.

Toute fonction, continue sur un segment, possède un maximum et un minimum.

L’image d’un segment par une fonction continue est un segment.

Corollaire Bornitude et bornes atteintes sur un segment

Toute fonction continue sur un segment est bornée sur ce segment et atteint ses bornes.

Caractérisation Image et extrémums sur un segment

Si \(f\) est une fonction continue sur \([a,b]\) avec \(a<b\), alors :

\[f([a,b])=[m,M]\quad\text{où}\quad m=\min_{[a,b]}f\quad\text{et}\quad M=\max_{[a,b]}f\]
\[\forall x\in[a,b],\quad m\leq f(x)\leq M\quad\text{et}\quad\exists(x_1,x_2)\in[a,b]^2,\quad f(x_1)=m\ \text{et}\ f(x_2)=M\]

Exemple résolu Image d’un segment par une fonction polynomiale réservé aux comptes

Exemple résolu Image des réels par une fonction rationnelle réservé aux comptes

Exemple résolu Images d’intervalles par la fonction carrée réservé aux comptes

Exemple résolu Limite d’une composition avec le sinus réservé aux comptes