mathématiques MPSI · Chapitre 20 · Exercice de TD
Le minimum global de
Fonctions de deux variables · D. Extremums · niveau 3 (difficile)
Énoncé
Soit sur .
a) Déterminer les points critiques de .
b) Vérifier l'identité . En déduire le minimum global de et les points où il est atteint.
c) Quelle est la nature du point critique restant ?
Corrigé
La stratégie. Les points critiques donnent les candidats ; une forme canonique — une somme de carrés — donne le verdict, et elle le donne globalement, sans aucun théorème d'existence. Aucun critère du second ordre n'étant au programme, c'est une identité algébrique qui conclut, et elle donne d'un coup la minoration et les cas d'égalité.
a) Les points critiques. En substituant la première dans la seconde : , soit . Sur , équivaut à ; donc , et donne les trois points critiques avec et .
b) La forme canonique — le cœur de l'exercice. Développons le membre de droite : Les termes en se détruisent exactement. (Comment la trouver : , et le reste, , est .)
Le membre de droite est une somme de carrés, donc positif ou nul : pour tout , . L'égalité a lieu si et seulement si les deux carrés sont nuls : et . La seconde impose , donc et de même signe ; avec , cela donne , puis : Deux points, par la symétrie qui laisse invariante. (Une autre forme canonique existe : , qui donne les mêmes conclusions ; il n'y a pas unicité de la décomposition en somme de carrés.)
c) L'origine est un col. Le long des deux bissectrices : Aussi près de l'origine qu'on veut, prend des valeurs strictement négatives et strictement positives, alors que : ni maximum ni minimum local, c'est un point selle.
Le point délicat. La liste des points critiques ne prouve rien à elle seule : elle ne dit ni qu'un minimum existe, ni lequel des trois candidats le réalise. On serait tenté d'argumenter « tend vers à l'infini, donc elle atteint un minimum, nécessairement en un point critique » — mais l'existence d'un minimum pour une fonction continue qui tend vers l'infini est un théorème de seconde année, hors programme ici. La forme canonique, elle, tranche les deux questions en une ligne, sans rien emprunter.
Contrôle numérique. , , ; un balayage du carré sur une grille fine rend un minimum de , atteint en de même signe.
Ce que l'exercice installe. Pour un extremum global, chercher une somme de carrés : c'est le geste de la forme canonique du trinôme, étendu à deux variables, et c'est celui de la réduction des formes quadratiques de seconde année. Une identité algébrique remplace avantageusement toute une théorie — et elle est la seule voie que le programme autorise pour la globalité.
100 % gratuit
Essaie le suivant avec le tuteur
- L'exercice suivant avec le tuteur, sans compte : il guide pas à pas, sans donner la réponse
- 20 autres exercices corrigés dans ce chapitre, et 15 à chercher avec le tuteur
- Les 2 QCM du chapitre, le premier sans compte
- Le podcast et la vidéo du chapitre et la correction filmée du TD : 2 minutes sans compte
Sans compte : le cours, le premier QCM, 2 minutes de podcast et de vidéo et un exercice avec le tuteur. Pour tout le reste : inscription gratuite en 30 secondes, sans carte bancaire.