Adloun

mathématiques appliquées (ECG 1re année) · Chapitre 5 · Exercice

Continue et injective, donc monotone

Fonctions réelles d'une variable réelle · Continuité, théorème des valeurs intermédiaires et bijection · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Soit continue et injective sur , avec . Montrer que est strictement croissante sur .

Corrigé

Première étape : encadrer pour intérieur. Soit . Montrons .

Supposons . Alors est compris entre et , puisque . Le théorème des valeurs intermédiaires, appliqué à continue sur , fournit un tel que . Or , donc : deux points distincts ont la même image, ce qui contredit l'injectivité. Donc , et l'injectivité interdit l'égalité : .

Le même raisonnement écarte : serait alors compris entre et , et le théorème des valeurs intermédiaires sur donnerait un , donc , avec — encore une contradiction. Donc .

Deuxième étape : la croissance. Soient . La première étape appliquée à donne lorsque , et c'est l'hypothèse lorsque : dans tous les cas .

On peut donc refaire la première étape sur le segment , où est continue, injective, et vérifie : pour tout , on obtient . Si , directement.

Dans les deux cas : est strictement croissante.

Le point à retenir. Le théorème des valeurs intermédiaires ne sert pas qu'à trouver des solutions : il sert aussi à en fabriquer une de trop, et c'est l'injectivité qui la refuse.

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