Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires
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Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires



  1. #1
    Blueshift

    Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires


    ------

    Bonjour, je suis en train de réviser pour un examen et il faut que j'apprenne plusieurs démonstrations de théorèmes et je ne comprends pas celle du théorème des valeurs intermédiaires ...ou tout du moins pas entièrement.
    Voilà l'énoncé avec la démonstration:

    Théorème de la valeur interédiaire:
    Soit f une fonction continue définie sur l’intervalle borné et fermé [a,b] et f(a) < f(b). Alors pour tout nombre réel r tel que f(a) < r < f(b), il existe un c ∈]a,b[ tel que f(c) = r. (r est dit valeur intermédiaire.)

    Démonstration:
    On considère l’ensemble borné E = {x ∈ [a,b] : f(x) ≤ r}. Noter que E ̸= ∅ puisque a ∈ E. On pose c := supE. c est un point adhérent à E, donc il existe une suite d’éléments xn ∈ S qui convege vers c. Par la continuité de f :
    f(c) = lim n→+∞ f(xn) ≤ r.
    r < f(b) implique c < b. Par conséquent, l’intervalle semi-ouvert ]c,b] est non vide et f (x) > r pour tout x ∈]c, b].
    Par conséquent,
    f(c)= lim n→+∞ f(c+1/n)≥r.
    d’où f(c) = r.

    Pourriez vous m'expliquer l'idée directrice de la démonstration car j'ai peur qu'elle m'échappe un peu, pour le déroulement en lui-même, je ne comprends vraiment pas la deuxième partie.

    Merci d'avance,
    Cordialement.
    Blueshift.

    -----

  2. #2
    gg0
    Animateur Mathématiques

    Re : Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires

    Bonjour.

    L'idée directrice est que f(x) passe de moins de r à plus de r en passant exactement à r, sans saut.
    Ensuite, on construit une preuve (il y en a de nombreuses) en fonction de ce qu'on sait déjà, des outils qu'on connaît : dans ta preuve, la notion de sup, et le fait qu'il y a une suite qui converge vers ce sup, ce qui permet, puisque ce sup aura évidemment pour image r (*) de connaître une valeur c dont on va prouver qu'elle est une valeur telle que f(c)=r.
    la suite utilise encore des propriétés que tu connais (ou que tu devrais connaître - donc à savoir) et la caractérisation séquentielle de la continuité.

    Cordialement.


    (*) intuitivement évident, mais si ça ne l'est pas pour toi, fais un dessin et réfléchis.

  3. #3
    Blueshift

    Re : Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires

    Tout d'abord merci pour votre réponse.
    D'accord mais disons que je connais (et comprends) toutes les notions mathématiques (sup, continuité etc...) que l'on utilise dans la preuve mais je ne comprends pas la manière dont ils sont enchaînés surtout à partir de "r<f(b) implique c<b..." déjà, pourquoi cette implication ? et pourquoi d'un coup on a f(x) >r ?
    Merci.

  4. #4
    max1117065

    Re : Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires

    r<f(b) implique c<b..." déjà, pourquoi cette implication ?

    Ben, regarde la contraposée : c >= b implique c=b , puis que f(c) = f(b) > r .

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    gg0
    Animateur Mathématiques

    Re : Démonstration du théorème des valeurs intermédiaires

    En fait, le < est un "différent de" puisqu'on sait que r < b, donc que f(c)<f(b); c étant différent de b, lui est donc strictement inférieur. Pour la suite, il suffit de lire. Le x n'est pas n'importe quoi !!
    Si tu ne vois pas pourquoi "pour tout x ∈]c, b], f (x) > r ", reviens à la définition de r.

    Tout ça est finalement très simple, même si les notations mathématiques semblent un peu te perturber. Ne laisse pas l'arbre te cacher la forêt.

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