Leçon 3
Le théorème des valeurs intermédiaires
Le cours écrit
3.1 L'énoncé (admis)
Théorème des valeurs intermédiaires. Soit une fonction continue sur un intervalle . Pour tout réel compris entre et , il existe au moins un réel de tel que .
Autrement dit, l'équation admet au moins une solution dans .
3.2 Ce que dit le théorème
- Graphiquement : la droite d'équation coupe la courbe de au moins une fois entre les abscisses et .
- Au moins une : il peut y avoir plusieurs solutions. Le théorème donne l'existence d'une solution, ni sa valeur, ni le nombre de solutions.
- Cas le plus fréquent : si et sont de signes contraires, alors est compris entre eux, et l'équation a au moins une solution dans .
3.3 La continuité est indispensable
Reprenons le parking de l'exemple 1 : et , et est compris entre et . Pourtant, aucune durée ne donne : la fonction « saute » de à . Le théorème ne s'applique pas, car n'est pas continue sur .
3.4 La méthode
Pour montrer que l'équation a au moins une solution dans , on vérifie trois points :
- est continue sur ;
- on calcule et ;
- est compris entre et .
Exemple 8. Soit . Montrons que l'équation a au moins une solution dans .
- est une fonction polynôme : elle est continue sur .
- et .
- est compris entre et .
D'après le théorème des valeurs intermédiaires, l'équation admet au moins une solution dans .
Exemple 9 (combien en tout ?). Avec la même fonction : , , , et . Le théorème, appliqué sur , et , donne au moins une solution dans chacun de ces intervalles. Ils n'ont aucun point commun, sauf , qui n'est pas solution : l'équation a donc au moins trois solutions. La leçon 4 montre qu'elle en a exactement trois.
3.5 En contexte
Exemple 10. À h, un thermomètre indique °C ; à h, il indique °C. La température varie de façon continue au cours du temps. Comme est compris entre et , il existe au moins un instant entre h et h où il a fait exactement °C. Le théorème ne dit pas quand, ni combien de fois.
Exercices 5 et 6
- Exercice 5 : prouver qu'une solution existe
- Exercice 6 : la randonnée au refuge
Corrigés
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