[PDF] CINQUANTE-SIX EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL POUR





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TD3 – Différentiabilité des fonctions de plusieurs variables Exercice

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TD3 – Différentiabilité des fonctions de plusieurs variables Exercice

Exercice 1. Montrer d'après la definition que la fonction : f(x y) = x2 + y2 est différentiable dans R2. Calculer 



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Montrer que F est de classe C1 en tout point de R2 et calculer sa différentielle. Correction ?. [002505]. Exercice 4. Soit En l'espace des polynômes de degré 



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Analyse II — Corrigé 4. Exercice 1. On consid`ere la fonction: f(x y) = donc la fonction f est différentiable en (0



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Comment montrer qu'une fonction est différentiable ?

Exercice 16 - Différentielle et fonction linéaire [Signaler une erreur] [Ajouter à ma feuille d'exos] Soit f: Rn ?Rm f: R n ? R m différentiable. On suppose que, pour tout ? ?R ? ? R et tout x?Rn x ? R n, f(?x) =?f(x) f ( ? x) = ? f ( x) . Démontrer que f(0)=0 f ( 0) = 0 . Démontrer que f f est linéaire.

Quels sont les différentielles d'une fonction ?

Mais il existe en fait plusieurs types de sortes de différentielles d'une fonction (remarquez que nous distinguons le genre masculin et féminin du terme) : 1. Les différentiels 2. Les différentielles partielles 3. Les différentielles totales exactes 4. Les différentielles totales inexactes

Comment montrer que f f et G sont différentiables en tout vecteur ?

Justifier que f f et g g sont différentiables en tout vecteur (x,y)? R2 ( x, y) ? R 2, puis écrire la matrice jacobienne de f f et celle de g g en (x,y) ( x, y) . en utilisant le produit de deux matrices jacobiennes. Exercice 4 - Différentiable? [Signaler une erreur] [Ajouter à ma feuille d'exos]

CINQUANTE-SIX EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL

POUR LA TROISIÈME ANNÉE DE LICENCE

2012-2013

Michèle Audin1. Espaces vectoriels normés

Exercice 1.1(Manhattan). Une ville est quadrillée par une famille de rues rectilignes numérotées et une

famille orthogonale d"avenues rectilignes numérotées. Montrer que, dans des coordonnées(x,y)asso-

ciées à des axes parallèles à ces directions, la distance à parcourir pour aller du point de coordonnées

(a,b)(sur laa-ième rue et lab-ième avenue) au point de coordonnées(a?,b?)est??a-a???+??b-b???.

DansR2, on considère

?(x,y)?1=|x|+|y|. Montrer que c"est une norme. Dessiner sa boule unité.

Exercice 1.2(Les parallélogrammes sont des boules). On considère un parallélogramme (non aplati) de

R

2centré à l"origine. Montrer qu"il existe une norme surR2dont ce parallélogramme est la boule

unité.

Exercice 1.3(Norme et convexité). Montrer qu"on peut, dans la définition d"une norme sur l"espace

vectorielE, remplacer la troisième propriété (inégalité triangulaire) par la suivante :

Exercice 1.4(Les normes?·?p). Soitp >0. Pourx= (x1,...,xn)?Rn, on pose ?x?p=? n? i=1|xi|p?1/p,?x?∞= sup (1) On suppose d"abord quen= 2. Dessiner l"ensembleB p=? dans chacun des cas oùp= 1/2,1,3/2,2,3,∞. p?B q. (3) La bouleB

1/2dansR2est-elle convexe? Montrer que, plus généralement,?·?pn"estpasune

norme surRnquandp <1. (4) On fixex?Rn. Montrer que?x?ptend vers?x?∞quandptend vers l"infini (ce qui justifie la notation). (5) On suppose maintenant quep≥1. Montrer quexi?→xp iest une fonction convexe sur]0,+∞[, puis quex?→ ?x?p

pest une fonction convexe surRn. Montrer que?·?pest une norme surRn.Ces exercices sont inspirés du livre [1] et des archives qu"ont bien voulu me transmettre Myriam Ounaies et Ilia Itenberg,

que je remercie. Merci à Jérôme Poineau pour son aide.

2MICHÈLE AUDIN

défini par1p +1q = 1. (1) Montrer que l"on a, pour tousa,b?R: +|b|qq (c"est l"inégalité de Young). (2) En déduire que l"on a, pour tous réelsa1,...,an,b1,...,bn: ?????n i=1a ibi? n? i=1|ai|p?

1/p?n?

i=1|bi|q? 1/q (3) Montrer (à nouveau) que?·?psatisfait à l"inégalité triangulaire.

Exercice 1.6(Retour sur l"équivalence des normes). Il est démontré dans le cours que toutes les normes

surRnsont équivalentes. C"est le cas en particulier des normes?·?pconsidérées dans l"exercice 1.4,

qui sont équivalentes entre elles, ce qui veut dire que, pour tousp,q?[1,+∞], il existe une constante

positiveC(p,q)telle que

Le but de cet exercice est de déterminer la plus petite constanteCp,qvérifiant cette inégalité.

(1) Dessiner la boule (1)B ∞(0,1)(dansR2), ainsi, sur la même figure, que la plus petite (resp. la plus grande) bouleB p(0,r)la contenant (resp. qu"elle contient). (4) Montrer que C p,q=n1q -1p pourp≥q.

Exercice 1.7. (1) Montrer que la formule

N(x) = sup

t?R? ???x

1+tx21 +t2?

définit bien une applicationN:R2→Ret que c"est une norme surR2. (2) Montrer queN(x) =12 (?x

21+x22+|x1|).

(3) Dessiner la boule unité de la normeN. (4) Comparer la normeNà la norme euclidienne deR2.

Exercice 1.8(Norme d"une matrice). On définit, sur l"espaceMn(R)des matrices carréesn×nà coef-

ficients réels, ?A?= sup (1) Montrer que?·?est une norme surMn(R). (2) Les coefficients d"une matriceAsont notésai,j. Montrer que ?A?= sup j=1|ai,j|. Exercice 1.9(En dimension infinie, suites). On fixe unp≥1. SoitEl"ensemble des suitesx= (xn)n?N de nombres réels telles que la série n=0|xn|pest convergente.(1) ParB p(x,r), on désigne la boule fermée de centrexet de rayonrpour la norme?·?p.

EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL3

(1) Montrer queE, avec l"addition des suites et leur multiplication par les nombres réels, est un espace vectoriel. (2) Pourx?E, on pose ?x?p=? n=0|xn|p?1/p.

Montrer que?·?pest une norme surE.

Exercice 1.10(En dimension infinie, fonctions continues). SoitEl"espace vectoriel des fonctions conti-

nues de[0,1]dansR. Pourf?E, on pose : ?f?1=? 1

0|f(t)|dt,?f?∞= sup

t?[0,1]|f(t)|. (1) Montrer que?·?1et?·?∞sont des normes surE. (2) Montrer que (3) Montrer que ces deux normes ne sont pourtant pas équivalentes.

Exercice 1.11. SoitEl"espace vectoriel des suites réelles(xn)n?Nnulles à partir d"un certain rang,

c"est-à-dire telles qu"il existe un entier?(qui dépend de la suite considérée) tel que tous lesxpavec

p > ?sont nuls. Pourx= (xn)n?N?E, on pose ?x?1=+∞? n=0|xn|. (1) Montrer que?·?1est une norme surE. (2) Montrer que l"espace vectoriel norméEn"est pas complet.

2. Applications linéaires continues

Exercice 2.1. On notex·yle produit scalaire des vecteursxetydeRn. On fixe un vecteura?Rn et on considère l"application f:Rn---→R x?---→a·x (1) Montrer quefest linéaire et continue. la valeur absolue). Exercice 2.2. On considère l"espace vectorielEdes fonctions continues de[0,1]dansR. On le munit

de la norme?·?1(comme définie dans l"exercice 1.10). On considère l"applicationP:E→Equi, à

toute fonction continuefassocie sa primitive qui s"annule en0. Montrer quePest un endomorphisme continu et calculer sa norme. Exercice 2.3. SoientE,FetGtrois espaces vectoriels normés. On munitE×Fde la norme ?(x,y)?= sup(?x?,?y?).

SoitB:E×F→Gune application bilinéaire.

(1) Montrer que les trois propriétés suivantes sont équivalentes : (a) L"applicationBest continue. (b) L"applicationBest continue en(0,0). (c) Il existe une constanteM≥0telle que (2) On suppose queEetFsont de dimension finie. Montrer que toutes les applications bilinéaires sont continues.

4MICHÈLE AUDIN

(3) Dans le cas général, on appelleL2(E×F,G)l"ensemble des applications bilinéaires continues

deE×FdansG. Montrer que c"est un espace vectoriel, que ?B?= sup est une norme sur cet espace, et qu"on a

3. Différentiabilité

Exercice 3.1. On suppose que(x,y)?→f(x,y)est différentiable (deR2dansR). Dériver la fonction

u(x) =f(x,-x)et calculer la différentielle de l"applicationg(x,y) =f(y,x).

Exercice 3.2. Écrire la différentielle d"une application constante, d"une application linéaire, d"une ap-

plication quadratique surRn. Exercice 3.3. SoitUun ouvert d"un espace vectoriel norméE, soitFun espace vectoriel normé, et soitf:E→Fune application différentiable. On fixea?Uetv?E. On demande de calculer la dérivée de t?---→f(a+tv) ent= 0. Exercice 3.4. On reprend les notations de l"exercice 2.3. On suppose queE,FetGsont de dimension

finie. Montrer que toute application bilinéaire est différentiable et calculer sa différentielle.

Exercice 3.5. Soientf:R→Retg:R2→Rdeux applications différentiables. Montrer que l"application h:R2---→R (x,y)?---→f(x+g(x,y)) est différentiable et calculer sa différentielle en chaque point. Exercice 3.6. SoitEl"espace des matrices carréesn×n. On fixe une matriceM?E. On considère l"application f:E---→E

A?---→AMA.

Montrer qu"elle est différentiable en tout point et calculer sa différentielle. Exercice 3.7. SoitEun espace vectoriel normé de dimension finie. L"espaceL(E)des endomorphismes deEest muni de la norme ?L?= sup

Soitkun entier≥1. Montrer que l"applicationL?→Lk(deL(E)dans lui-même) est différentiable et

calculer sa différentielle. Exercice 3.8. Soientf:R→Retg:R2→Rdeux applications différentiables. Montrer que l"application h:R2---→R (x,y)?---→f(xy2g(x,y)) est différentiable et calculer sa différentielle en chaque point.

EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL5

Exercice 3.9. On considère deux applications différentiables g:R3---→R2 (x,y,z)?---→(g1(x,y,z),g2(x,y,z)) etf:R→R. Montrer que l"application h:R3---→R2 (x,y,z)?---→(f(g1(x,y,z)g2(x,y,z)),g1(x,y,z) +f(g2(x,y,z))) est différentiable et calculer sa différentielle en chaque point. Exercice 3.10. On considère l"applicationf:R2→Rdéfinie par f(x,y) =? ?x 2y2x

2+y2si(x,y)?= 0,

0sinon.

Calculer ses dérivées partielles. Sont-elles continues? L"applicationfest-elle différentiable en(0,0)?

Mêmes questions avec l"applicationg:R2→Rdéfinie par g(x,y) =? ?xy 2x

2+y2si(x,y)?= 0,

0sinon.

Exercice 3.11(Différentielle de l"inverse). L"espaceMn(R)des matricesn×nréelles est muni d"une

norme " opératorielle (2)». On appelleIdla matrice identité. (1) Montrer que, si?H?<1, la matriceId-Hest inversible, et qu"on a : (Id-H)-1=∞? k=0Hk. (2) Montrer que, pour toute matrice inversibleA, le groupeGL(n;R)des matrices inversibles contient une boule ouverte centrée enA, et en déduire que c"est un ouvert deMn(R). (3) Montrer que l"applicationf: GL(n;R)→GL(n;R)définie parf(A) =A-1est différentiable enIdet calculer sa différentielle. (4) Montrer qu"elle est différentiable enApour toutAet calculer sa différentielle. Exercice 3.12. On considère les applicationsfetgdéfinies par f:R2---→R3g:R3---→R2 (x,y)?---→(x2y,xy,xy3) (x,y,z)?---→(x+y+z,xyz)

Calculer

-la matrice jacobienne defena, -la matrice jacobienne degenf(a), -la matrice jacobienne deg◦fena. Exercice 3.13(Applications homogènes). SoientEetFdeux espaces vectoriels normés de dimension finie, soitαun nombre réel, et soitUun ouvert deEtel que x?Uett >0?tx?U. On dit qu"une application différentiablef:U→Fest homogène de degréαsi ?x?U,?t >0, f(tx) =tαf(x). On dit qu"elle vérifie l"identité d"Euler si ?x?U,(df)x(x) =αf(x).(2) C"est-à-dire, une norme?·?étant fixée surRn, ?A?= sup ?x?=1?Ax?.

6MICHÈLE AUDIN

On montre dans la suite que ces deux propriétés sont équivalentes. (1) On suppose quefest homogène de degréα. (a) Soitxun point deU. On définit ?:]0,+∞[---→F t?---→f(tx). Montrer que?est différentiable sur]0,+∞[et calculer??(t)(pour toutt). (b) Montrer quefvérifie l"identité d"Euler. (2) On suppose, réciproquement, quefvérifie l"identité d"Euler. (a) Soitxun point deU. On définit

ψ:]0,+∞[---→F

t?---→1t

αf(tx).

Montrer queψest différentiable sur]0,+∞[et calculerψ?(t)(pour toutt). (b) Montrer quefest homogène de degréα. Exercice 3.14. Soitfl"application définie surR2- {0}par f(x,y) =?xx

2+y2,yx

2+y2? Déterminerf◦fet montrer quefest un difféomorphisme de classeC1deR2- {0}dans lui-même. Exercice 3.15. On munitR2de la nome euclidienne et l"espace des matrices carrées2×2de la norme habituelle (comme dans l"exercice 1.8). On considère la matrice

A=?a b

b-a? , a,b?R.

Montrer que?A?=⎷a

2+b2. On considère l"applicationfde l"exercice 3.14. Calculer la matrice

jacobienne defet montrer que, pour tout(x,y)?R2- {0}, on a ???(df)(x,y)???=1x 2+y2. Montrer que l"application linéaire(df)(x,y)conserve les angles dansR2. Exercice 3.16. SoientUun ouvert connexe d"un espace vectoriel norméEde dimension finie,Fun

autre espace vectoriel normé de dimension finie, etf:U→Fune application différentiable en tout

point deU. Montrer quefest lipschitzienne si et seulement si l"applicationx?→(df)xest bornée surU. Exercice 3.17. SoientEetFdeux espaces vectoriels normés de dimension finie, et soitUun ouvert

connexe deE. SoientL:E→Fune application linéaire etf:E→Fune application différentiable

surEtelle que ?x?U,(df)x=L.

Que peut-on dire def?

Exercice 3.18(Différentielle du déterminant). On considère l"espace vectorielMn(R)des matrices car-

rées d"ordrenà coefficients réels et l"application f:Mn(R)---→R

A?---→d´etA.

On noteIdla matrice identité et, pour tousietj,Mi,jla matrice dont tous les coefficients sont nuls

sauf celui situé sur lai-ème ligne et laj-ème colonne, qui vaut1. (1) Montrer quefest de classeC1. (2) Calculer(df)Id(Mi,j)(pour tousietj). (3) Montrer que(df)Id(H) = tr(H)pour toutH?Mn(R).

EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL7

Exercice 3.19(Lois de groupe surR). Soit?une loi de groupe surRdont on appelle l"élément neutree.

On suppose que l"application

f:R2---→R (x,y)?---→x ? y est de classeC1. On appelle∂1f,∂2fses deux dérivées partielles. (1) Montrer que, pour tousx,y?R, on a (∂2f)(x?y,e)= (∂2f)(x,y)·(∂2f)(y,e).

En déduire que(∂2f)(y,e)>0.

(2) On cherche à construire une fonction?:R→R, de classeC1, telle que ?x,y?R, ?(x ? y) =?(x) +?(y). En dérivant cette relation par rapport ày, montrer qu"alors la fonction?doit vérifier ?(x) =a? x edt(∂2f)(t,e) pour une certaine constantea.

(3) Réciproquement, montrer que, pour toute constantea?= 0, l"égalité précédente définit un dif-

féomorphisme de classeC1deRdansR, qui transforme la loi?en l"addition. (4) En particulier, la loi?est nécessairement commutative. Montrer que ce n"est pas le cas surR2, en considérant la loi (x1,x2)?(y1,y2) = (x1+y1,x2+ex1y2).

Exercice 3.20(Différentielle de l"inverse, en dimension infinie). SoientEetFdeux espaces de Banach.

On appelleL(E,F)l"espace des applications linéairescontinuesdeEdansF. On dit quef:E→F est un isomorphisme deEdansFsifest bijective et si son inversef-1?L(F,E). On appelle

Isom(E,F)l"ensemble des isomorphismes deEdansF.

(1) Soienth1?L(E,F)eth2?L(F,E). Montrer que (2) Soitg?L(E,E). On noteg0= Id,g1=g,gn=g◦gn-1pourn≥2. On suppose que?g?<1. (a) Montrer que la série de terme généralgnconverge absolument. (b) Soitm?N. Calculer(Id-g)?m? n=0gn?et?m? n=0gn?(Id-g). (c) Montrer queId-g?Isom(E,E). (3) Soitf?Isom(E,F). Soith?L(E,F). Montrer que ?h?<1?f-1??f+h?Isom(E,F).

En déduire queIsom(E,F)est un ouvert deL(E,F).

(4) On considère maintenant l"application ?: Isom(E,F)---→Isom(F,E) f?---→f-1 (a) Montrer que?est différentiable et calculer(d?)fpour toutf?Isom(E,F). (b) Montrer que?est de classeC1.

8MICHÈLE AUDIN

4. Inégalité des accroissements finis

Exercice 4.1. Montrer que le système d"équations???? ??x=12 sin(x+y) y=12 cos(x-y) admet au plus une solution (3).

Exercice 4.2(Nombres algébriques, nombres de Liouville). On dit quex?Rest algébrique de degré

au plusns"il est racine d"une équation polynomiale de degrénà coefficients entiers a nxn+···+a0= 0, ai?Z,n≥1. On dit quexest transcendant s"il n"est pas algébrique (pour aucun degré). (1) Montrer que⎷2est algébrique de degré au plus2.

(2) On suppose quexest algébrique de degré au plusn. En appliquant l"inégalité des accroissements

finis à un polynôme dontxest racine, montrer qu"il existe une constanteC >0telle que pour tous entiersp?Z,q≥1,????x-pq ???≥Cq n.

(3) On considère le nombre réelαdont le développement décimal comporte des1pour lesk!-ièmes

chiffres après la virgule, des zéros sinon : α= 1,1100010000000000000000010···=+∞? k=0110 k!.

Montrer queαest transcendant.

5. Autour du théorème d"inversion locale

Exercice 5.1. On considère l"application

f:R2---→R2 (x,y)?---→(excosy,exsiny).

Montrer quefvérifie les hypothèses du théorème d"inversion locale en tout point deR2- {0}et

qu"elle n"est ni injective, ni surjective. Exercice 5.2. Soitfune application différentiable deRndans lui-même. On suppose que0est un point fixe defet que1n"est pas valeur propre de l"application linéaire(df)0. Montrer que0est un point fixe isolé (4). Exercice 5.3. On reprend les notations et les hypothèses de l"exercice 5.2. Soitg:Rn→Rnune application de classeC1. Pour toutλ?R, on définit f

λ:Rn---→Rn

x?---→f(x) +λg(x).

Montrer qu"il existe

-un réelε >0, -un voisinageVde0dansRn, -une application?:]-ε,ε[→Vde classeC1 tels que, pour toutλ?]-ε,ε[,?(λ)est l"unique point fixe defλdansV.(3) Indication : on pourra majorer la norme de la différentielle def(x,y) = (12 sin(x+y),12 cos(x-y)). (4)Indication : on pourra considérer l"applicationx?→f(x)-x.

EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL9

Exercice 5.4. Pour touta= (a0,...,an)?Rn+1, on définit P a?R[X]parPa(X) =a0+a1X+···+anXn. Soitb?Rn+1. On suppose quexb?Rest une racine simple du polynômePb. Montrer qu"il existe -un voisinage ouvertUdebdansRn+1, -un voisinage ouvert dexbdansR tels que ?a?U, Paa une unique racine dansV.

Exercice 5.5. On considère l"application

f:R2---→R2 (x,y)?---→(2x-y+x2y-2y5,x+ 3y-4x2y2). Montrer qu"il existe des voisinagesUetVde(0,0)dansR2tels quefinduit un difféomorphisme de classeC1deUdansV. L"applicationfest-elle un difféomorphisme deR2sur son image?

Exercice 5.6. Montrer que l"équation

cos(x+y) = 1 +x+ 2y définit implicitement au voisinage de(0,0)une fonction?de classeC1telle que cos(x+?(x)) = 1 +x+ 2?(x).

Calculer??(0).

Exercice 5.7. On considère le système de deux équations à trois inconnues?x2+y2-z2= 1 x

3-y3+z3= 1

dont on cherche les solutions dansR3. (1) Vérifier que le point(2,-1,-2)est une solution. (2) Montrer qu"il existe deux fonctions?etψ:R→R, toutes deux définies et de classeC1sur un voisinage de-2et telles que, pour toutzdans ce voisinage,(?(z),ψ(z),z)est solution du système. (3) Caculer??(z)etψ?(z). Exercice 5.8. On considère le système de trois équations à quatre inconnues???? ??x+y+z+t= 0 x

2+y2+z2+t2= 2

x

3+y3+z3+t3= 0

dont on cherche les solutions dansR4. (1) Vérifier que(0,-1,1,0)est une solution.

(2) Donner un énoncé précis du fait que, au voisinage de ce point, les solutions sont de la forme

(x(t),y(t),z(t),t). (3) Quelle est alors la dérivée en0de l"application

R---→R3

t?---→(x(t),y(t),z(t))?

Exercice 5.9. On considère l"application

?:R2---→R2 (x,y)?---→? sin?y2 ?-x,sin?x2 ?-y? (1) Montrer que?est de classeC∞. (2) Calculer la jacobienne de?et montrer que(d?)(x,y)est inversible pour tout(x,y)?R2.

10MICHÈLE AUDIN

(3) En déduire que?est un difféomorphisme local de classeC∞deR2sur son image et que cette image est ouverte. (4) Montrer que, pour tousu1etu2avecu1< u2, il existeu?]u1,u2[tel que sin ?u22 ?-sin?u12 ?=12 (u2-u1)cos?u2

En déduire que?est injective.

(5) Soient(xn)n?Net(yn)n?Ndeux suites. On suppose que la suite(?(xn,yn))n?Nest convergente. Montrer qu"alors(xn)n?Net(yn)n?Nsont bornées. En déduire que?(R2)est fermé... (6) ... et que?est un difféomorphisme deR2dansR2. (7) Soit(u,v) =?(x,y). Calculer(d?-1)(u,v)en fonction de(d?)(x,y). Montrer que(d?-1)est bornée, puis que?-1est lipschitzienne.

6. Dérivée seconde, extrema

Exercice 6.1. On considère l"application

f:R2---→R (x,y)?---→x3y2 et le pointa= (1,2)?R2. Calculer(df)a(h)et(d2f)a(h,k), pour tous(h,k)?R2. En déduire le développement limité à l"ordre2defena. Exercice 6.2. Une applicationf:R2→Rde classeC2est telle que f(0,0) =∂f∂x (0,0) =∂f∂y (0,0) =∂2f∂x

2(0,0) =∂2f∂y

2(0,0) = 0,∂2f∂x∂y

= 1. Montrer que l"applicationg:R2→Rdéfinie par g(x,y) =? ?f(x,y)-xyx

2+y2si(x,y)?= (0,0)

0sinon

est continue. Exercice 6.3. Soitf:R3→R, définie parf(x,y,z) =x2y3z5. On demande la matrice hessienne def au point(2,-1,1).

Exercice 6.4. Déterminer les extrema def:R2→Rdéfinie parf(x,y) = (x2+y2)ex2-y2et préciser

leur nature. Mêmes questions pourgdéfinie parg(x,y) =x4+y4-2(x-y)2. Exercice 6.5. SoientEun espace vectoriel normé de dimension finie etf:E→Rune application de

Montrer que

Exercice 6.6. Déterminer les points critiques de l"application f:R2---→R (x,y)?---→x3-3x+xy2 et préciser leur nature. Exercice 6.7. Déterminer les extrema locaux de la fonction f:R2---→R (x,y)?---→x2+y3-3y.

EXERCICES DE CALCUL DIFFÉRENTIEL11

Même question pour la fonction

g:U---→R (x,y)?---→11-x+11-y+1x+y (oùU=?(x,y)?R2|x?= 1,y?= 1,x?=-y?). Exercice 6.8(Diagonalisation des matrices symétriques réelles dans une base orthonormée)

On se place dansRn, muni de la norme euclidienne notée?·?et du produit scalaire noté·, on

appelleSla sphère unité

S={x?Rn| ?x?= 1}.

SoitAune matrice symétrique réelle.

(1) Montrer que f:Rn- {0} ---→R x?---→Ax·x?x?2 est continue et que sa restriction àSadmet un maximum surS. Soite1un vecteur unitaire en lequel ce maximum est atteint. (2) Montrer quee1est un maximum pourfsurRn- {0}. (3) Calculer la différentielle defet montrer que (df)e1(x) = 2(Ae1)·x-2((Ae1)·e1)(e1·x)pour toutx?Rn.

(4) En déduire que, pour toutx?Rn, l"égalitée1·x= 0implique l"égalité(Ae1)·x= 0.

(5) Montrer qu"il existe une base orthonormée deRndans laquelle la matriceAest diagonalisable. Exercice 6.9. Déterminer les points critiques et la nature des points critiques de la fonction f:R3---→R (x,y,z)?---→2x2+ 4xy-6xz+y4-2y3+ 3y2-6yz+ 5z2. Exercice 6.10. Déterminer les extrema de la fonctionf(x) =n? i=1x ilnxisur{x?Rn|xi>0et?xi=a} (poura >0).

Exercice 6.11. Les réels positifsα1,...,αnvérifientα1···αn= 1. Déterminer le maximum de la fonc-

tion f(x) =n? i=1xαiisurK=? x?Rn|xi≥0et?αquotesdbs_dbs19.pdfusesText_25
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