Vidéo terminée
Leçon suivante · leçon 5Encadrer une solution par dichotomieLeçon 4
Fonction strictement monotone : une unique solution
Le cours écrit
4.1 Le théorème
Le programme le nomme « cas des fonctions continues strictement monotones » ; on l'appelle souvent le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires.
Théorème. Soit une fonction continue et strictement monotone sur un intervalle . Pour tout réel compris entre et , l'équation admet une unique solution dans .
4.2 Pourquoi une seule solution
- Existence : c'est le théorème des valeurs intermédiaires.
- Unicité : supposons strictement croissante. Si et sont deux réels de avec , alors : ils ne peuvent pas valoir tous les deux. Il y a donc au plus une solution. Le raisonnement est le même si est strictement décroissante, avec .
4.3 Intervalles ouverts ou non bornés
Le théorème s'étend à un intervalle quelconque, ouvert ou non borné, en remplaçant et par les limites de aux bornes de l'intervalle (on l'admet). Par exemple, si est continue et strictement croissante sur , avec et , alors toute valeur est atteinte exactement une fois sur .
4.4 Compter les solutions d'une équation
Méthode. On dresse le tableau de variations complet de (limites et extremums). Sur chaque intervalle où est continue et strictement monotone, on regarde si est compris entre les valeurs (ou les limites) aux bornes : si oui, il y a une solution et une seule sur cet intervalle ; sinon, aucune.
Exemple 11. Soit sur .
- Dérivée : , positive sur , négative sur , positive sur .
- Limites (terme prépondérant ) : et .
- Valeurs : et .
croissante décroissante croissante
- Sur , est continue et strictement croissante, de à ; : une unique solution .
- Sur , est continue et strictement décroissante, de à ; : une unique solution .
- Sur , est continue et strictement croissante, de à ; : une unique solution .
L'équation a exactement trois solutions . Avec les valeurs de l'exemple 9 : , et .
Exemple 12 (une autre valeur de ). Avec la même fonction, l'équation n'a pas de solution sur , car sur cet intervalle ; sur , est compris entre et : une unique solution. L'équation a exactement une solution.
4.5 Encadrer une solution avec la calculatrice
Exemple 13. Avec le tableau de valeurs de la calculatrice : et . Comme est strictement croissante sur et que , on a . En affinant le pas : et , donc .
4.6 Rédiger
La fonction est continue et strictement croissante sur . De plus et , et . D'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, l'équation admet une unique solution dans .
4.7 En déduire le signe d'une fonction
Les solutions de découpent l'axe en intervalles sur lesquels garde un signe constant. Pour , le tableau de variations donne :
Exercices 7 et 8
- Exercice 7 : lire un tableau de variations
- Exercice 8 : l'équation $x\,\mathrm{e}^x = 1$
Corrigés
Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.