[PDF] TD 1 : Borne Sup´erieure Suites r´eelles Continuit



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Montrer que sup(a b)=supa supb, jsvdb déjà il faudrait mettre

Montrer que sup(A∪B)existe et l'exprimer en fonction de supAet supB c) On b Montrer que sup(A+B) = supA+supB Exercice 4 Soient A et B des parties non vides de R v´erifiant ∀x ∈ A, ∀y ∈ B, x 6 y a Montrer que A admet une borne sup´erieure et que B admet une borne inf´erieure b Montrer que sup(A) 6 inf(B) Exercice 5 Soit



TD 1 : Borne Sup´erieure Suites r´eelles Continuit

1 Montrer que A admet une borne sup´erieure, que B admet une borne inf´erieure, et que supA 6 inf B 2 (Question Bonus) Que peut-on dire si on suppose de plus que : ∀a ∈ A,∀b ∈ B, a < b Exercice 1 3 (Pour jouer un peu avec ε) En revenant a la d´efinition d’une limite, montrer que : 1 n2 −→ n→∞ 0 Exercice 1 4 Soient



Bornes supérieures et inférieures

1 Montrer que est majoré et minoré 2 En déduire que possède une borne supérieure et une borne inférieure Allez à : Correction exercice 3 : Exercice 4 : Soit ={(−1) + 2 ; ∈ℕ∗} 1 Montrer que est minoré et majoré 2 Montrer que admet un plus grand élément et le déterminer 3



Exo7 - Exercices de mathématiques

2 On suppose que f et g sont continues sur I En utilisant l’implication démontrée ci-dessus, la rela-tion sup(f;g) = 1 2 (f +g+jf gj), et les propriétés des fonctions continues, montrer que la fonction sup(f;g) est continue sur I 1



Les rationnels, les réels

Montrer que les nombres suivants sont irrationnels 1 (**) p 2 et plus généralement n p m où n est un entier supérieur ou égal à 2 et m est un entier naturel supérieur ou égal à 2, qui n’est pas une puissance n-ième parfaite 2 (**) log2 3 (****) p (LAMBERT a montré en 1761 que p est irrationnel, LEGENDRE a démontré en 1794 que p2

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Universit

´e de Nantes D´epartement de Math´ematiques Ann ´ee 2007/2008 Module S3M05Topologie-Extrema-Int´egrales TD 1 : Borne Sup´erieure. Suites r´eelles. Continuit´e. Exercice 1.1 (Mille Bornes).D´eterminer si les parties deRsuivantes admettent une borne sup´erieure, une borne inf´erieure, un maximum et/ou un minimum et les expliciter.

1. ]-⎷2,2]

2. ]-1,0]?]1,2]

3. [6,47[?{2} ?[100,+∞[

4.{sin(x),x?]0,π[}5.

sin?1x ,x?]0,π]? 6. (-1)n+1n ,n?N?? Exercice 1.2 (Mieux vaut ˆetre dernier des premiers que premier des derniers).

SoientAetBdeux parties non vides deRtelles que :

?a?A,?b?B, a?b

1.Montrer queAadmet une borne sup´erieure, queBadmet une borne inf´erieure, et

que supA?infB.

2.(Question Bonus) Que peut-on dire si on suppose de plus que :

?a?A,?b?B, a < b Exercice 1.3 (Pour jouer un peu avecε).En revenant `a la d´efinition d"une limite, montrer que :1n

2-→n→∞0.

Exercice 1.4.Soient (un)n?Net (vn)n?Ndeux suites r´eelles telles que (un)n?Nest born´ee etvn-→n→∞0. Montrer que :unvn-→n→∞0. Exercice 1.5 (Calcul de limites, Acte I).D´eterminer la convergence de la suite (un)n?Net pr´eciser la limite ´eventuelle lorsque, pour toutn?N: a .un=n+ (-1)nn-(-1)n b .un=2n+ 3n2 n-3nc .un=sinnn

α(α >0)

d .un=E[nx]n o`ux?R. Exercice 1.6 (Pour jouer beaucoup avecε).Soient (un)n?Nune suite r´eelle etfune fonction deRdansR. Traduire les assertions suivantes en termes de quantificateurs : a. lim n→∞un=-∞ b. lim x→-∞f(x) = 3c. lim x→+∞f(x) = +∞ d.fest continue enπ. e.fn"est pas continue en 0. Exercice 1.7 (Quelle est la probabilit´e d"avoir tout juste `a cet exercice?).

Pr´eciser si les affirmations suivantes sont vraies ou fausses. On justifiera les r´eponses par

une preuve ou un contre-exemple (Toutes les suites consid´er´ees sont r´eelles). a. Si (un)n?Nest une suite telle que (u2n)n?Nconverge, alors la suite (un)n?Nconverge. b. Si (un)n?Nconverge alors la suite de terme g´en´eralun+1-untend vers 0. c. Si (un)n?Nest une suite telle que :un+1-un-→n→∞0, alors elle converge.

d. Si|un| -→n→∞+∞, alorsun-→n→∞+∞ouun-→n→∞-∞.

e. Siu2n+v2n-→n→∞0, alors (un)n?Net (vn)n?Nconvergent. n?N, alors la suite (wn)n?Nest convergente. g. Si (un)n?Nest une suite de r´eels strictement positifs qui tend vers z´ero, alors elle est d´ecroissante `a partir d"un certain rang. Exercice 1.8 (Crit`ere de D"Alembert).Soit (un)n?Nune suite r´eelle telle que :????u n+1u n? ???-→n→∞l?[0,1[. Montrer queuntend vers 0. Exercice 1.9 (Moyenne de C´esaro).Soit (un)n?Nune suite r´eelle. Pour toutn?N, on note :Sn=1n n-1? k=0u k.

1. On suppose queuntend versl?R. Montrer queSntend ´egalement versl.

2. Et siun-→n→∞±∞?

3. Montrer que siun+1-untend versl?R, alorsunn

tend ´egalement versl. Exercice 1.10 (Suites extraites).Soit (un)n?Nune suite r´eelle.

1. Soitl?R. Montrer que :

u n-→n→∞l??? u

2. On suppose que les suites extraites (u2n)n?N, (u2n+1)n?Net (u3n)n?Nsont conver-

gentes. Montrer que la suite (un)n?Nest convergente. Exercice 1.11 (Exercice monotone).Soit (un)n?Nune suite r´eelle.

1. On suppose que (un)n?Nest born´ee. Pour toutn?N, on posevn= sup{up,p?n}

(justifier). Montrer que la suite (vn)n?Nest convergente.

2. On suppose que (un)n?Nest monotone et que (u2n)n?Nconverge. Montrer que (un)n?Nconverge.

3. (Question `a un Carambar) Montrer que toute suite r´eelle admet une suite extraite

monotone.

Exercice 1.12 (Calcul de limites, Acte II).

´Etudier les limites de :

a.f:x?→x+ 1x-247quandx→+∞. b.f:x?→x-4x

2-x-12quandx→4.

c.f:x?→2x-3⎷x

2-1quandx→ -∞.

d.f:x?→x2-4x+ 3(x-1)2quandx→1. e.f:x?→x(⎷1 +x2-x) quandx→+∞. f.f:x?→1x -1sinxquandx→0. g.f:x?→xE?1x quandx→0. Exercice 1.13 (Limites et oscillations).1. Montrer que la fonctionx?→cos?1x d´efinie sur ]0,+∞[ n"admet pas de limite en 0.

2. Montrer que la fonctionx?→xcos?1x

d´efinie sur ]0,+∞[ admet une limite en 0. Exercice 1.14 (Petit Brower).Soitfune fonction de [0,1] dans [0,1]. Montrer quef admet un point fixe (ie.il existex?[0,1] tel quef(x) =x).

R´eponses des exercices 1.1 et 1.2

Exercice 1.1.Tout d"abord chacun des ensembles consid´er´es est non vide.

1.A=]-⎷2,2] :Aest born´e donc admet une borne sup´erieure et une borne inf´erieure.

On a supA= 2 et infA=-⎷2. En outre 2?A, donc 2 est un maximum. Par contre-⎷2/?A, doncAn"admet pas de minimum.

2.B=]-1,0]?]1,2] : supB= maxB= 2 et infB=-1.Bn"admet pas de minimum.

3.C= [6,47[?{2} ?[100,+∞[ :Cn"est pas major´e, donc n"admet pas de borne

sup´erieure (et en particulier pas de maximum). Par contreCest minor´e et infC= minC= 2.

4.D=?(-1)n+1n

,n?N??: Pour toutn?N?, on a : (-1)n ?-1+1n >0>-1 AinsiDest minor´e et infD?-1. Comme (-1)2n+1+12n+ 1-→n→∞-1, on obtient en fait : infD=-1. Par contre-1/?D, doncDn"admet pas de minimum. Pour n?2, on a : (-1)n ?(-1)2+1n 12 ?(-1)2+12 et (-1)1+11 = 0?(-1)2+12 , doncDest major´e et : supD= maxD=32

5.E={sin(x),x?]0,π[}: Pour toutx?]0,π[, on a : 0 = 1, donc supE= maxE= 1. Comme sinx-→x→00, on a infE= 0. Mais 0/?E, doncE n"admet pas de minimum. 6.F=? sin?1x ,x?]0,π]? : Pour toutx?]0,π], on a :-1?sin1x ?1. En outre sin ?12 = 1 et sin?12

3π?

=-1, donc infF= minF=-1 et supF= maxF= 1.

Exercice 1.2.1. Soitb?B. On a :

?a?A, a?b doncbest un majorant deA. On en d´eduit queAest major´ee et : supA?b. De mˆeme poura?A, on a : ?b?B, b?a doncaest un minorant deB. On en d´eduit queBest minor´ee et : infB?a. Ainsi on a prouv´e : ?a?A, a?infB Cela signifie que infBest un majorant deA, et donc que : supA?infB.

2. Attention, on ne peut pas conclure que supAest strictement inf´erieur `a infB.

Prendre par exempleA= [-1,0] etB=]0,1].

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