Chapitre 03 · Terminale

Continuité

Théorème des valeurs intermédiaires et prolongement par continuité

📖 Voir le cours

Réviser efficacement

Travailler Continuité en Terminale

Ce chapitre de continuité en terminale te demande à la fois de comprendre la méthode et de savoir l’utiliser sur des exercices variés. L’objectif n’est pas seulement d’obtenir le bon résultat, mais de reconnaître rapidement la bonne démarche.

Prérequis

  • Reprendre les bases de terminale liées à continuité.
  • Refaire un exercice facile avant de viser les questions de synthèse.

Compétences à maîtriser

  • Maîtriser les méthodes essentielles de continuité.
  • Rédiger une solution propre et exploiter la correction pour progresser.

Erreurs fréquentes

  • Chercher à aller trop vite au lieu de poser clairement les étapes.
  • Lire la correction sans refaire l’exercice ensuite seul.

En contrôle ou en examen : Ce chapitre sert surtout à consolider des automatismes et à préparer les exercices plus transversaux du niveau.

1Intermédiaire

Continuité d'une fonction définie par morceaux

Voir le passage du cours associé

Énoncé

On définit ff sur R\mathbb{R} par :
f(x)={x2x+2si x<23x2si x2f(x) = \begin{cases} x^2 - x + 2 & \text{si } x < 2 \\ 3x - 2 & \text{si } x \geq 2 \end{cases}
Étudier la continuité de ff en x=2x = 2.

Correction détaillée

01

Limite à gauche en $x = 2$

On calcule limx2f(x)\lim_{x \to 2^-} f(x) en utilisant la formule valable pour x<2x < 2 :
limx2f(x)=limx2(x2x+2)=42+2=4\lim_{x \to 2^-} f(x) = \lim_{x \to 2^-}(x^2 - x + 2) = 4 - 2 + 2 = 4
02

Limite à droite en $x = 2$

On calcule limx2+f(x)\lim_{x \to 2^+} f(x) en utilisant la formule valable pour x2x \geq 2 :
limx2+f(x)=limx2+(3x2)=62=4\lim_{x \to 2^+} f(x) = \lim_{x \to 2^+}(3x - 2) = 6 - 2 = 4
03

Valeur de $f$ en $x = 2$

Puisque 222 \geq 2, on utilise la deuxième formule :
f(2)=3×22=4f(2) = 3 \times 2 - 2 = 4
04

Conclusion

On a limx2f(x)=limx2+f(x)=f(2)=4\lim_{x \to 2^-} f(x) = \lim_{x \to 2^+} f(x) = f(2) = 4. Les limites à gauche et à droite sont égales à la valeur de la fonction. ff est donc continue en x=2x = 2.
2Intermédiaire

Application du théorème des valeurs intermédiaires

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit g(x)=x32x5g(x) = x^3 - 2x - 5.
1. Montrer que l'équation g(x)=0g(x) = 0 admet au moins une solution dans l'intervalle [2,3][2, 3].
2. Donner un encadrement de cette solution à 0,10{,}1 près.

Correction détaillée

01

Vérification des conditions du TVI

gg est une fonction polynomiale, donc continue sur R\mathbb{R} (et en particulier sur [2,3][2, 3]). Calculons les valeurs aux bornes :
g(2)=845=1<0g(2) = 8 - 4 - 5 = -1 < 0
g(3)=2765=16>0g(3) = 27 - 6 - 5 = 16 > 0
02

Application du TVI

gg est continue sur [2,3][2, 3], g(2)=1<0g(2) = -1 < 0 et g(3)=16>0g(3) = 16 > 0. Les signes sont opposés. D'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe au moins un réel c]2,3[c \in ]2, 3[ tel que g(c)=0g(c) = 0.
03

Dichotomie pour encadrer la solution

On teste g(2,1)=(2,1)32(2,1)5=9,2614,25=0,061>0g(2{,}1) = (2{,}1)^3 - 2(2{,}1) - 5 = 9{,}261 - 4{,}2 - 5 = 0{,}061 > 0.
Donc g(2)<0g(2) < 0 et g(2,1)>0g(2{,}1) > 0, la solution est dans ]2;2,1[]2\,;\, 2{,}1[.
Vérification : g(2,09)0,07<0g(2{,}09) \approx -0{,}07 < 0, donc c]2,09;2,1[c \in ]2{,}09\,;\, 2{,}1[.
04

Conclusion

L'équation g(x)=0g(x) = 0 admet une solution unique cc dans [2,3][2, 3] (on peut vérifier que gg est strictement croissante sur cet intervalle), et 2,09<c<2,12{,}09 < c < 2{,}1.
L'encadrement à 0,10{,}1 près est 2,0<c<2,12{,}0 < c < 2{,}1.
3Intermédiaire

Prolongement par continuité

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit f(x)=sin(x)xf(x) = \dfrac{\sin(x)}{x} définie pour x0x \neq 0.
1. Justifier que ff n'est pas définie en 00.
2. Montrer que ff admet une limite finie en 00 (admettre que limx0sinxx=1\lim_{x \to 0}\frac{\sin x}{x} = 1).
3. Définir un prolongement continu f~\tilde{f} de ff en 00.

Correction détaillée

01

Non-définition en $x = 0$

En x=0x = 0, le dénominateur est nul. f(0)f(0) n'est pas défini car on ne peut pas diviser par zéro. Le domaine de définition de ff est R{0}\mathbb{R} \setminus \{0\}.
02

Existence d'une limite finie en $0$

On admet la limite fondamentale : limx0sinxx=1\displaystyle\lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1. Cette limite est finie, ce qui signifie que ff a une limite finie en 00 même si ff n'y est pas définie.
03

Construction du prolongement par continuité

On définit la fonction f~\tilde{f} sur R\mathbb{R} par :
f~(x)={sinxxsi x01si x=0\tilde{f}(x) = \begin{cases} \dfrac{\sin x}{x} & \text{si } x \neq 0 \\ 1 & \text{si } x = 0 \end{cases}
04

Vérification de la continuité en $0$

On a limx0f~(x)=1=f~(0)\lim_{x \to 0} \tilde{f}(x) = 1 = \tilde{f}(0). Les conditions de continuité sont satisfaites : f~\tilde{f} est continue en 00. C'est l'unique prolongement continu de ff en 00, appelé prolongement par continuité.
4Difficile

TVI et unicité par monotonie stricte

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Soit h(x)=x3+x3h(x) = x^3 + x - 3 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
2. Montrer que l'équation h(x)=0h(x) = 0 admet une unique solution α\alpha dans ]1,2[]1, 2[.

Correction détaillée

01

Monotonie stricte de $h$

hh est dérivable sur R\mathbb{R} et h(x)=3x2+1h'(x) = 3x^2 + 1. Or 3x203x^2 \geq 0 pour tout xx, donc h(x)=3x2+11>0h'(x) = 3x^2 + 1 \geq 1 > 0 pour tout xRx \in \mathbb{R}. hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
02

Application du TVI sur $[1, 2]$

hh est continue (polynômiale) et strictement croissante. On calcule :
h(1)=1+13=1<0h(1) = 1 + 1 - 3 = -1 < 0
h(2)=8+23=7>0h(2) = 8 + 2 - 3 = 7 > 0
Les valeurs sont de signes opposés, donc par le TVI, il existe au moins un α]1,2[\alpha \in ]1, 2[ tel que h(α)=0h(\alpha) = 0.
03

Unicité de la solution

Comme hh est strictement croissante, elle est injective : h(x1)=h(x2)h(x_1) = h(x_2) implique x1=x2x_1 = x_2. Donc l'équation h(x)=0h(x) = 0 admet au plus une solution dans R\mathbb{R}, et donc exactement une dans ]1,2[]1, 2[.
04

Encadrement de $\alpha$

On affine l'encadrement : h(1,2)=1,728+1,23=0,072<0h(1{,}2) = 1{,}728 + 1{,}2 - 3 = -0{,}072 < 0 et h(1,3)=2,197+1,33=0,497>0h(1{,}3) = 2{,}197 + 1{,}3 - 3 = 0{,}497 > 0. Donc α]1,2;1,3[\alpha \in ]1{,}2\,;\, 1{,}3[. L'unique solution de h(x)=0h(x) = 0 est α1,21\alpha \approx 1{,}21.
5Intermédiaire

Continuité d'une fonction définie par morceaux — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit ff sur R\mathbb{R} par :
f(x)={x3x+3si x<34x3si x3f(x) = \begin{cases} x^3 - x + 3 & \text{si } x < 3 \\ 4x - 3 & \text{si } x \geq 3 \end{cases}
Étudier la continuité de ff en x=3x = 3.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Limite à gauche en $x = 3$

On calcule limx3f(x)\lim_{x \to 3^-} f(x) en utilisant la formule valable pour x<3x < 3 :
limx3f(x)=limx3(x3x+3)=53+3=5\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^-}(x^3 - x + 3) = 5 - 3 + 3 = 5
03

Limite à droite en $x = 3$

On calcule limx3+f(x)\lim_{x \to 3^+} f(x) en utilisant la formule valable pour x3x \geq 3 :
limx3+f(x)=limx3+(4x3)=73=6\lim_{x \to 3^+} f(x) = \lim_{x \to 3^+}(4x - 3) = 7 - 3 = 6
04

Valeur de $f$ en $x = 3$

Puisque 333 \geq 3, on utilise la deuxième formule :
f(3)=4×33=5f(3) = 4 \times 3 - 3 = 5
05

Conclusion

On a limx3f(x)=limx3+f(x)=f(3)=5\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^+} f(x) = f(3) = 5. Les limites à gauche et à droite sont égales à la valeur de la fonction. ff est donc continue en x=3x = 3.
6Intermédiaire

Application du théorème des valeurs intermédiaires — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit g(x)=x53x7g(x) = x^5 - 3x - 7.
1. Montrer que l'équation g(x)=1g(x) = 1 admet au moins une solution dans l'intervalle [3,5][3, 5].
2. Donner un encadrement de cette solution à 0,30{,}3 près.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Vérification des conditions du TVI

gg est une fonction polynomiale, donc continue sur R\mathbb{R} (et en particulier sur [4,4][4, 4]). Calculons les valeurs aux bornes :
g(4)=1056=2<1g(4) = 10 - 5 - 6 = -2 < 1
g(4)=3176=18>1g(4) = 31 - 7 - 6 = 18 > 1
03

Application du TVI

gg est continue sur [4,4][4, 4], g(4)=3<1g(4) = -3 < 1 et g(4)=19>1g(4) = 19 > 1. Les signes sont opposés. D'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe au moins un réel c]4,4[c \in ]4, 4[ tel que g(c)=1g(c) = 1.
04

Dichotomie pour encadrer la solution

On teste g(2,4)=(2,4)44(2,4)6=9,2814,36=0,071>1g(2{,}4) = (2{,}4)^4 - 4(2{,}4) - 6 = 9{,}281 - 4{,}3 - 6 = 0{,}071 > 1.
Donc g(4)<1g(4) < 1 et g(2,4)>1g(2{,}4) > 1, la solution est dans ]4;2,4[]4\,;\, 2{,}4[.
Vérification : g(2,10)0,08<1g(2{,}10) \approx -0{,}08 < 1, donc c]2,10;2,4[c \in ]2{,}10\,;\, 2{,}4[.
05

Conclusion

L'équation g(x)=2g(x) = 2 admet une solution unique cc dans [3,5][3, 5] (on peut vérifier que gg est strictement croissante sur cet intervalle), et 2,10<c<2,32{,}10 < c < 2{,}3.
L'encadrement à 0,20{,}2 près est 2,1<c<2,32{,}1 < c < 2{,}3.
7Intermédiaire

Prolongement par continuité — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=sin(x)xf(x) = \dfrac{\sin(x)}{x} définie pour x1x \neq 1.
1. Justifier que ff n'est pas définie en 11.
2. Montrer que ff admet une limite finie en 11 (admettre que limx1sinxx=2\lim_{x \to 1}\frac{\sin x}{x} = 2).
3. Définir un prolongement continu f~\tilde{f} de ff en 11.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Non-définition en $x = 1$

En x=1x = 1, le dénominateur est nul. f(1)f(1) n'est pas défini car on ne peut pas diviser par zéro. Le domaine de définition de ff est R{1}\mathbb{R} \setminus \{1\}.
03

Existence d'une limite finie en $1$

On admet la limite fondamentale : limx1sinxx=2\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\sin x}{x} = 2. Cette limite est finie, ce qui signifie que ff a une limite finie en 11 même si ff n'y est pas définie.
04

Construction du prolongement par continuité

On définit la fonction f~\tilde{f} sur R\mathbb{R} par :
f~(x)={sinxxsi x12si x=1\tilde{f}(x) = \begin{cases} \dfrac{\sin x}{x} & \text{si } x \neq 1 \\ 2 & \text{si } x = 1 \end{cases}
05

Vérification de la continuité en $1$

On a limx1f~(x)=2=f~(1)\lim_{x \to 1} \tilde{f}(x) = 2 = \tilde{f}(1). Les conditions de continuité sont satisfaites : f~\tilde{f} est continue en 11. C'est l'unique prolongement continu de ff en 11, appelé prolongement par continuité.
8Difficile

TVI et unicité par monotonie stricte — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit h(x)=x4+x4h(x) = x^4 + x - 4 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
2. Montrer que l'équation h(x)=1h(x) = 1 admet une unique solution α\alpha dans ]2,3[]2, 3[.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Monotonie stricte de $h$

hh est dérivable sur R\mathbb{R} et h(x)=4x3+2h'(x) = 4x^3 + 2. Or 4x314x^3 \geq 1 pour tout xx, donc h(x)=4x3+22>1h'(x) = 4x^3 + 2 \geq 2 > 1 pour tout xRx \in \mathbb{R}. hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
03

Application du TVI sur $[2, 3]$

hh est continue (polynômiale) et strictement croissante. On calcule :
h(2)=2+24=2<1h(2) = 2 + 2 - 4 = -2 < 1
h(4)=10+44=8>1h(4) = 10 + 4 - 4 = 8 > 1
Les valeurs sont de signes opposés, donc par le TVI, il existe au moins un α]2,4[\alpha \in ]2, 4[ tel que h(α)=1h(\alpha) = 1.
04

Unicité de la solution

Comme hh est strictement croissante, elle est injective : h(x2)=h(x3)h(x_2) = h(x_3) implique x2=x3x_2 = x_3. Donc l'équation h(x)=1h(x) = 1 admet au plus une solution dans R\mathbb{R}, et donc exactement une dans ]2,3[]2, 3[.
05

Encadrement de $\alpha$

On affine l'encadrement : h(1,3)=1,748+1,34=0,092<2h(1{,}3) = 1{,}748 + 1{,}3 - 4 = -0{,}092 < 2 et h(1,5)=2,207+1,54=0,507>2h(1{,}5) = 2{,}207 + 1{,}5 - 4 = 0{,}507 > 2. Donc α]1,3;1,5[\alpha \in ]1{,}3\,;\, 1{,}5[. L'unique solution de h(x)=2h(x) = 2 est α1,22\alpha \approx 1{,}22.
9Intermédiaire

Continuité d'une fonction définie par morceaux — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit ff sur R\mathbb{R} par :
f(x)={x4x+4si x<45x4si x4f(x) = \begin{cases} x^4 - x + 4 & \text{si } x < 4 \\ 5x - 4 & \text{si } x \geq 4 \end{cases}
Étudier la continuité de ff en x=4x = 4.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Limite à gauche en $x = 4$

On calcule limx4f(x)\lim_{x \to 4^-} f(x) en utilisant la formule valable pour x<4x < 4 :
limx4f(x)=limx4(x4x+4)=64+4=6\lim_{x \to 4^-} f(x) = \lim_{x \to 4^-}(x^4 - x + 4) = 6 - 4 + 4 = 6
03

Limite à droite en $x = 4$

On calcule limx4+f(x)\lim_{x \to 4^+} f(x) en utilisant la formule valable pour x4x \geq 4 :
limx4+f(x)=limx4+(5x4)=74=5\lim_{x \to 4^+} f(x) = \lim_{x \to 4^+}(5x - 4) = 7 - 4 = 5
04

Valeur de $f$ en $x = 4$

Puisque 444 \geq 4, on utilise la deuxième formule :
f(4)=5×44=5f(4) = 5 \times 4 - 4 = 5
05

Conclusion

On a limx4f(x)=limx4+f(x)=f(4)=6\lim_{x \to 4^-} f(x) = \lim_{x \to 4^+} f(x) = f(4) = 6. Les limites à gauche et à droite sont égales à la valeur de la fonction. ff est donc continue en x=4x = 4.
10Intermédiaire

Application du théorème des valeurs intermédiaires — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit g(x)=x54x6g(x) = x^5 - 4x - 6.
1. Montrer que l'équation g(x)=2g(x) = 2 admet au moins une solution dans l'intervalle [4,5][4, 5].
2. Donner un encadrement de cette solution à 0,20{,}2 près.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Vérification des conditions du TVI

gg est une fonction polynomiale, donc continue sur R\mathbb{R} (et en particulier sur [4,5][4, 5]). Calculons les valeurs aux bornes :
g(4)=966=3<1g(4) = 9 - 6 - 6 = -3 < 1
g(5)=2976=19>1g(5) = 29 - 7 - 6 = 19 > 1
03

Application du TVI

gg est continue sur [4,5][4, 5], g(4)=2<2g(4) = -2 < 2 et g(5)=18>2g(5) = 18 > 2. Les signes sont opposés. D'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe au moins un réel c]4,5[c \in ]4, 5[ tel que g(c)=2g(c) = 2.
04

Dichotomie pour encadrer la solution

On teste g(2,4)=(2,4)53(2,4)7=9,2714,57=0,071>1g(2{,}4) = (2{,}4)^5 - 3(2{,}4) - 7 = 9{,}271 - 4{,}5 - 7 = 0{,}071 > 1.
Donc g(3)<1g(3) < 1 et g(2,4)>1g(2{,}4) > 1, la solution est dans ]3;2,4[]3\,;\, 2{,}4[.
Vérification : g(2,10)0,09<1g(2{,}10) \approx -0{,}09 < 1, donc c]2,10;2,4[c \in ]2{,}10\,;\, 2{,}4[.
05

Conclusion

L'équation g(x)=2g(x) = 2 admet une solution unique cc dans [4,4][4, 4] (on peut vérifier que gg est strictement croissante sur cet intervalle), et 2,11<c<2,22{,}11 < c < 2{,}2.
L'encadrement à 0,40{,}4 près est 2,1<c<2,22{,}1 < c < 2{,}2.
11Intermédiaire

Prolongement par continuité — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=sin(x)xf(x) = \dfrac{\sin(x)}{x} définie pour x1x \neq 1.
1. Justifier que ff n'est pas définie en 11.
2. Montrer que ff admet une limite finie en 11 (admettre que limx1sinxx=3\lim_{x \to 1}\frac{\sin x}{x} = 3).
3. Définir un prolongement continu f~\tilde{f} de ff en 11.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Non-définition en $x = 1$

En x=1x = 1, le dénominateur est nul. f(1)f(1) n'est pas défini car on ne peut pas diviser par zéro. Le domaine de définition de ff est R{1}\mathbb{R} \setminus \{1\}.
03

Existence d'une limite finie en $1$

On admet la limite fondamentale : limx1sinxx=3\displaystyle\lim_{x \to 1} \frac{\sin x}{x} = 3. Cette limite est finie, ce qui signifie que ff a une limite finie en 11 même si ff n'y est pas définie.
04

Construction du prolongement par continuité

On définit la fonction f~\tilde{f} sur R\mathbb{R} par :
f~(x)={sinxxsi x13si x=1\tilde{f}(x) = \begin{cases} \dfrac{\sin x}{x} & \text{si } x \neq 1 \\ 3 & \text{si } x = 1 \end{cases}
05

Vérification de la continuité en $1$

On a limx1f~(x)=3=f~(1)\lim_{x \to 1} \tilde{f}(x) = 3 = \tilde{f}(1). Les conditions de continuité sont satisfaites : f~\tilde{f} est continue en 11. C'est l'unique prolongement continu de ff en 11, appelé prolongement par continuité.
12Difficile

TVI et unicité par monotonie stricte — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit h(x)=x4+x4h(x) = x^4 + x - 4 définie sur R\mathbb{R}.
1. Montrer que hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
2. Montrer que l'équation h(x)=1h(x) = 1 admet une unique solution α\alpha dans ]2,3[]2, 3[.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Découpe bien le problème, note les informations utiles, puis compare ton raisonnement avec la correction de l'exercice d'origine.
02

Monotonie stricte de $h$

hh est dérivable sur R\mathbb{R} et h(x)=4x3+2h'(x) = 4x^3 + 2. Or 4x314x^3 \geq 1 pour tout xx, donc h(x)=4x3+22>1h'(x) = 4x^3 + 2 \geq 2 > 1 pour tout xRx \in \mathbb{R}. hh est strictement croissante sur R\mathbb{R}.
03

Application du TVI sur $[2, 3]$

hh est continue (polynômiale) et strictement croissante. On calcule :
h(2)=2+24=2<1h(2) = 2 + 2 - 4 = -2 < 1
h(4)=9+44=9>1h(4) = 9 + 4 - 4 = 9 > 1
Les valeurs sont de signes opposés, donc par le TVI, il existe au moins un α]2,4[\alpha \in ]2, 4[ tel que h(α)=1h(\alpha) = 1.
04

Unicité de la solution

Comme hh est strictement croissante, elle est injective : h(x2)=h(x3)h(x_2) = h(x_3) implique x2=x3x_2 = x_3. Donc l'équation h(x)=1h(x) = 1 admet au plus une solution dans R\mathbb{R}, et donc exactement une dans ]2,3[]2, 3[.
05

Encadrement de $\alpha$

On affine l'encadrement : h(1,3)=1,748+1,34=0,092<2h(1{,}3) = 1{,}748 + 1{,}3 - 4 = -0{,}092 < 2 et h(1,4)=2,227+1,44=0,527>2h(1{,}4) = 2{,}227 + 1{,}4 - 4 = 0{,}527 > 2. Donc α]1,3;1,4[\alpha \in ]1{,}3\,;\, 1{,}4[. L'unique solution de h(x)=2h(x) = 2 est α1,24\alpha \approx 1{,}24.
13Intermédiaire

Continuité d'une fonction définie par morceaux — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
On définit ff sur R\mathbb{R} par :
f(x)={x3x+3si x<34x3si x3f(x) = \begin{cases} x^3 - x + 3 & \text{si } x < 3 \\ 4x - 3 & \text{si } x \geq 3 \end{cases}
Étudier la continuité de ff en x=3x = 3.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Limite à gauche en $x = 3$

On calcule limx3f(x)\lim_{x \to 3^-} f(x) en utilisant la formule valable pour x<3x < 3 :
limx3f(x)=limx3(x3x+3)=53+3=5\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^-}(x^3 - x + 3) = 5 - 3 + 3 = 5
03

Limite à droite en $x = 3$

On calcule limx3+f(x)\lim_{x \to 3^+} f(x) en utilisant la formule valable pour x3x \geq 3 :
limx3+f(x)=limx3+(4x3)=73=5\lim_{x \to 3^+} f(x) = \lim_{x \to 3^+}(4x - 3) = 7 - 3 = 5
04

Valeur de $f$ en $x = 3$

Puisque 333 \geq 3, on utilise la deuxième formule :
f(3)=4×33=5f(3) = 4 \times 3 - 3 = 5
05

Conclusion

On a limx3f(x)=limx3+f(x)=f(3)=5\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^+} f(x) = f(3) = 5. Les limites à gauche et à droite sont égales à la valeur de la fonction. ff est donc continue en x=3x = 3.
14Intermédiaire

Application du théorème des valeurs intermédiaires — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit g(x)=x53x6g(x) = x^5 - 3x - 6.
1. Montrer que l'équation g(x)=1g(x) = 1 admet au moins une solution dans l'intervalle [3,5][3, 5].
2. Donner un encadrement de cette solution à 0,20{,}2 près.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Vérification des conditions du TVI

gg est une fonction polynomiale, donc continue sur R\mathbb{R} (et en particulier sur [4,4][4, 4]). Calculons les valeurs aux bornes :
g(4)=956=3<2g(4) = 9 - 5 - 6 = -3 < 2
g(4)=3186=19>2g(4) = 31 - 8 - 6 = 19 > 2
03

Application du TVI

gg est continue sur [4,4][4, 4], g(4)=2<1g(4) = -2 < 1 et g(4)=17>1g(4) = 17 > 1. Les signes sont opposés. D'après le théorème des valeurs intermédiaires, il existe au moins un réel c]4,4[c \in ]4, 4[ tel que g(c)=1g(c) = 1.
04

Dichotomie pour encadrer la solution

On teste g(2,3)=(2,3)43(2,3)6=9,2714,56=0,091>1g(2{,}3) = (2{,}3)^4 - 3(2{,}3) - 6 = 9{,}271 - 4{,}5 - 6 = 0{,}091 > 1.
Donc g(3)<1g(3) < 1 et g(2,3)>1g(2{,}3) > 1, la solution est dans ]3;2,3[]3\,;\, 2{,}3[.
Vérification : g(2,12)0,09<1g(2{,}12) \approx -0{,}09 < 1, donc c]2,12;2,3[c \in ]2{,}12\,;\, 2{,}3[.
05

Conclusion

L'équation g(x)=2g(x) = 2 admet une solution unique cc dans [3,4][3, 4] (on peut vérifier que gg est strictement croissante sur cet intervalle), et 2,11<c<2,22{,}11 < c < 2{,}2.
L'encadrement à 0,40{,}4 près est 2,3<c<2,22{,}3 < c < 2{,}2.
15Intermédiaire

Prolongement par continuité — variante

Voir le passage du cours associé

Énoncé

Variante d'entraînement :
Soit f(x)=sin(x)xf(x) = \dfrac{\sin(x)}{x} définie pour x2x \neq 2.
1. Justifier que ff n'est pas définie en 22.
2. Montrer que ff admet une limite finie en 22 (admettre que limx2sinxx=2\lim_{x \to 2}\frac{\sin x}{x} = 2).
3. Définir un prolongement continu f~\tilde{f} de ff en 22.

Correction détaillée

01

Conseil de méthode

On garde le même type de raisonnement que dans l'exercice d'origine.
Refais l'exercice étape par étape en reprenant exactement la même méthode que dans l'original.
02

Non-définition en $x = 2$

En x=2x = 2, le dénominateur est nul. f(2)f(2) n'est pas défini car on ne peut pas diviser par zéro. Le domaine de définition de ff est R{2}\mathbb{R} \setminus \{2\}.
03

Existence d'une limite finie en $2$

On admet la limite fondamentale : limx2sinxx=2\displaystyle\lim_{x \to 2} \frac{\sin x}{x} = 2. Cette limite est finie, ce qui signifie que ff a une limite finie en 22 même si ff n'y est pas définie.
04

Construction du prolongement par continuité

On définit la fonction f~\tilde{f} sur R\mathbb{R} par :
f~(x)={sinxxsi x22si x=2\tilde{f}(x) = \begin{cases} \dfrac{\sin x}{x} & \text{si } x \neq 2 \\ 2 & \text{si } x = 2 \end{cases}
05

Vérification de la continuité en $2$

On a limx2f~(x)=2=f~(2)\lim_{x \to 2} \tilde{f}(x) = 2 = \tilde{f}(2). Les conditions de continuité sont satisfaites : f~\tilde{f} est continue en 22. C'est l'unique prolongement continu de ff en 22, appelé prolongement par continuité.

Suivi personnel

Garder le cap sur ce chapitre

15 exercice(s) à revoir. Tu peux marquer ce chapitre comme terminé quand tu as repris les exercices sans aide.

Organisation

Mettre ce chapitre de côté intelligemment

Ajoute-le à tes favoris pour le retrouver vite, ou marque-le à revoir si tu veux revenir dessus pendant une prochaine séance.

Continuer la progression

Chapitres liés à revoir ensuite

Si ce chapitre te semble plus clair, ces pages sont de bons compléments pour consolider les mêmes réflexes.