Approcher un réel par des rationnels
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques (PCSI), chapitre 5 — Nombres réels et suites numériques · B. Limites : définitions, opérations, comparaison
Énoncé
Soit . Montrer que . Quel énoncé du cours retrouve-t-on ainsi, avec des rationnels non nécessairement décimaux ?
Corrigé
Stratégie : le théorème d'encadrement, appliqué à la définition même de la partie entière.
1) L'encadrement. Par définition, est l'unique entier vérifiant , ce qui se réécrit
Appliquons-le à , puis divisons par , qui est strictement positif :
⚠️ La division par conserve le sens des inégalités parce que . C'est la seule manipulation à surveiller : diviser par un nombre négatif retournerait l'encadrement, et l'on encadrerait alors par les mauvaises bornes.
2) Le passage à la limite. Les deux membres extrêmes, et , tendent vers . Le théorème d'encadrement donne donc
3) L'énoncé du cours retrouvé. Chaque terme est le quotient d'un entier par un entier non nul : c'est un rationnel. On vient donc de construire, pour tout réel , une suite de rationnels qui converge vers — c'est-à-dire l'énoncé du cours : tout réel est limite d'une suite de rationnels.
Le cours l'obtenait avec les valeurs décimales approchées , dont les dénominateurs sont des puissances de dix. Ici les dénominateurs parcourent tous les entiers, ce qui donne une suite différente et, à précision égale, souvent des fractions bien plus simples.
Contrôles numériques.
- , : , et est atteint exactement. ✔
- , : , et exactement. ✔ (L'encadrement fonctionne aussi pour les réels négatifs, la partie entière étant l'entier immédiatement en dessous.)
- , : l'écart avec vaut environ , inférieur à . ✔
L'encadrement a été vérifié pour quatre valeurs de et tous les jusqu'à .
Ce que l'exercice installe. La partie entière est une machine à fabriquer des rationnels aussi proches qu'on veut d'un réel donné, avec une erreur contrôlée d'avance : au plus . C'est le fondement de tout calcul numérique — une machine ne manipule que des rationnels — et l'on retrouvera cette idée chaque fois qu'il faudra approcher un objet continu par des objets discrets.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.