Soient f croissante sur I et g décroissante sur f(I). Déterminer le…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 4 — Calcul différentiel et intégral · A. Généralités sur les fonctions
Énoncé
Soient croissante sur et décroissante sur . Déterminer le sens de variation de , et montrer par des contre-exemples que le produit de deux fonctions croissantes n'est pas nécessairement croissant.
Corrigé
Stratégie : revenir à la définition de la monotonie — comparer les images de deux points rangés — puis, pour le produit, chercher le contre-exemple le plus petit possible.
a) Le sens de variation de .
Soient avec .
- est croissante sur , donc ;
- et appartiennent à , et est décroissante sur , donc .
Ainsi : est décroissante sur .
⚠️ Le point délicat est le domaine. L'hypothèse porte sur décroissante sur , et c'est exactement l'ensemble où l'on a besoin d'elle : les deux nombres qu'on lui présente sont et , qui vivent dans et nulle part ailleurs. Si n'était décroissante que sur une partie ne contenant pas , l'argument s'effondrerait à cette ligne précise.
b) Le produit de deux fonctions croissantes n'est pas croissant.
Prenons sur : , toutes deux croissantes. Leur produit est , qui n'est pas croissant sur :
Un second contre-exemple, sans carré : et sur sont croissantes, et vaut en et en : elle décroît sur .
Ce qui répare l'énoncé. Si et sont croissantes et positives sur , alors est croissante : de et on tire, en multipliant deux inégalités entre nombres positifs, C'est la positivité, et elle seule, qui autorise cette multiplication.
Contrôle. Sur , où est positive, est bien croissante : et ✓. Le contre-exemple ne pouvait donc naître que du changement de signe.
Ce que l'exercice installe. La composition transporte la monotonie comme une règle des signes (), et c'est un automatisme sûr. Le produit, lui, n'en transporte rien sans hypothèse de signe : devant un produit, on repasse toujours par la dérivée ou par un contre-exemple.
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