Le théorème des valeurs intermédiaires

À propos de cette leçon

Terminale, spécialité › Continuité des fonctions

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Le théorème des valeurs intermédiaires

Continuité des fonctions. continuité, dérivable, théorème des valeurs intermédiaires, TVI, point fixe

Échauffement

Trois questions rapides sur des leçons déjà vues.

Découvrir

À 7 h, il faisait 4 °C ; à midi, 15 °C. La température varie de façon continue. A-t-il fait exactement 10 °C à un moment entre les deux ?

  1. Oui, à un certain moment
  2. Pas forcément

L'idée clé

Une fonction continue ne saute aucune valeur.

Théorème des valeurs intermédiaires : si ff est continue sur [a;b][a ; b] et si kk est compris entre f(a)f(a) et f(b)f(b), alors l'équation f(x)=kf(x) = k a au moins une solution dans [a;b][a ; b].

Si de plus ff est strictement monotone, cette solution est unique.

Exemple corrigé

Montre que x3+x−1=0x^3 + x - 1 = 0 a une unique solution dans [0;1][0 ; 1].

f(x)=x3+x−1f(x) = x^3 + x - 1 est continue et strictement croissante.
Un polynôme est continu, et f'(x) = 3x² + 1 > 0.
f(0)=−1<0f(0) = -1 < 0 et f(1)=1>0f(1) = 1 > 0
On calcule aux bornes.
Il existe une unique solution dans [0;1][0 ; 1]
Théorème avec k = 0, cas strictement monotone.

À toi, guidé

À toi : f(x)=x2−5f(x) = x^2 - 5 sur [2;3][2 ; 3].

f(2)=−1f(2) = -1
4 − 5.
f(3)=4f(3) = 4 : changement de signe, donc une solution (5\sqrt{5}) entre les deux
9 − 5.

Entraînement ★

  1. ff est continue sur [1;9][1 ; 9], avec f(1)=−1f(1) = -1 et f(9)=7f(9) = 7. La fonction ff s'annule-t-elle forcément entre 1 et 9 ?
    1. Oui, d'après le théorème des valeurs intermédiaires
    2. Seulement si ff est un polynôme
    3. Seulement si ff est croissante
  2. ff est continue sur [3;5][3 ; 5], avec f(3)=−2f(3) = -2 et f(5)=2f(5) = 2. La fonction ff s'annule-t-elle forcément entre 3 et 5 ?
    1. Oui, d'après le théorème des valeurs intermédiaires
    2. Seulement si ff est un polynôme
    3. Seulement si ff est croissante

Attention !

Entraînement ★★

  1. f(x)=1xf(x) = \dfrac{1}{x} vérifie f(−4)<0f(-4) < 0 et f(4)>0f(4) > 0. La fonction ff s'annule-t-elle sur ]−4;4[]-4 ; 4[ ?
    1. Non : ff n'est pas continue sur [−4;4][-4 ; 4], le théorème ne s'applique pas
    2. Oui, d'après le théorème des valeurs intermédiaires
    3. Oui, en x=0x = 0
  1. f(x)=x3+x−3f(x) = x^3 + x - 3 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.
  2. f(x)=x3+x−11f(x) = x^3 + x - 11 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.
  3. f(x)=x3+x−31f(x) = x^3 + x - 31 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.

Bilan

Trois questions pour vérifier que c'est acquis.

  1. f(x)=x3+x−3f(x) = x^3 + x - 3 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.
  2. f(x)=x3+x−11f(x) = x^3 + x - 11 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.
  3. f(x)=x3+x−31f(x) = x^3 + x - 31 est continue. Entre quels entiers consécutifs mm et m+1m + 1 s'annule-t-elle ? Donne mm.

Fiche résumé

Théorème des valeurs intermédiaires

  1. Vérifier que ff est continue sur [a;b][a ; b].
  2. Comparer f(a)f(a) et f(b)f(b) à kk (souvent 0).
  3. Conclure à l'existence d'une solution ; à son unicité si ff est strictement monotone.

Attention : sans continuité, pas de conclusion.

CC BY-SA 4.0