mathématiques (ECT 1re année) · Chapitre 9 · Exercice
Un point fixe forcé
Compléments sur les suites et la continuité · Continuité et valeurs intermédiaires · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soit une fonction continue sur dont toutes les valeurs appartiennent à . Montrer qu'il existe un réel de tel que .
Corrigé
Ramener l'égalité à une équation. Le théorème des valeurs intermédiaires parle d'une fonction qui prend une valeur, pas de deux quantités égales. On pose donc
et l'égalité devient . La fonction est continue sur , comme différence de la fonction continue et de la fonction , elle aussi continue.
Le signe aux deux bords. Par hypothèse appartient à , donc et
De même , donc .
Les cas de bord. Si , alors convient. Si , alors convient.
Le cas général. Sinon et . Le nombre est alors compris entre et ; comme est continue sur , le théorème des valeurs intermédiaires fournit un réel de tel que , c'est-à-dire .
Ce que l'énoncé ne dit pas. Rien n'assure l'unicité : la fonction vérifie les hypothèses et tous les points de lui conviennent.
Le point à retenir. Le théorème des valeurs intermédiaires ne sait traiter qu'une équation de la forme « une fonction continue prend telle valeur ». Toute égalité entre deux expressions doit d'abord être poussée dans un seul membre : c'est le geste qui rend le théorème applicable.
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