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Niveau Reprise d'études
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Nombres réels - borne supérieure

Posté par
Autodidacte33
25-06-22 à 20:55

Bonjour ,

En étudiant le cours sur les nombres réels de MPSI , je tombe sur un exemple que je n'arrive pas à comprendre comme il faut , le voici :
(Je marque en bleu les passages qui posent problème .)


Début -----------------------

Exemple :
Soit l'ensemble X=\lbrace x\in \R\enskip / \enskip x>0\text{ et }x^2\leq 2\rbrace admet une borne supérieure qu'on note a , en effet :

\bullet 1\in X \text{ et donc }X\neq \emptyset
\bullet \forall x\in X\text{ : } x^2\leq 2\leq 4 \text{ , et donc } x\leq 2

Montrons que a^2=2

\bullet \underline{\text{ Supposons }a^2 > 2 .}
Posons \epsilon =a^2-2 . Pour h>0 on a :

(a-h)^2=a^2-2ah+h^2\geq a^2-2ah=2+\epsilon -2ah

En prenant \blue h=\text{min}\left(\dfrac{\epsilon }{2a} , a\right) , on obtient \blue (a-h)^2\geq 2

Par suite , pour tout x de X  : x^2\leq 2\leq (a-h)^2

Et donc  x\leq a-h puisque x>0 et a-h\geq 0 . Ainsi , le réel a-h est un majorant de X strictement plus petit que a , contradiction !


\bullet \underline{\text{ Supposons }a^2 < 2 .}
Posons \epsilon =2-a^2 . Pour 0<h<1 on a :

(a+h)^2=a^2+2ah+h^2\leq a^2+2ah+h\leq 2-\epsilon +(2a+1)h

En prenant \blue h=\text{min}\left(1 , \dfrac{\epsilon }{2a+1}\right) , on obtient \blue (a+h)^2\leq 2
Et donc , a+h est un élément de X strictement plus grand que a , ce qui contredit le fait que a est un majorant de X .

Fin-------------------

Mes questions sont les suivantes :

1) De le cas où l'on suppose que a^2 > 2 , l'auteur prend h=\text{min}\left(\dfrac{\epsilon }{2a} , a\right) .
Si h=\dfrac{\epsilon }{2a} , j'obtiens bien (a-h)^2\geq 2 , mais si h = a , j'obtiens  (a-h)^2\geq -a^2  , comment trouve-t-il la minoration (a-h)^2\geq 2 dans ce cas ?

2) De même en fait , dans le cas où l'on suppose que a^2 < 2 , on prend h=\text{min}\left(1,\dfrac{\epsilon }{2a+1} \right) .
Si h=\dfrac{\epsilon }{2a+1} , ok, car j'obtiens (a-h)^2\geq 2 , mais si h = 1 , j'obtiens  (a+h)^2\leq (1+a)^2  , comment trouve-t-il la minoration (a+h)^2\leq 2 dans ce cas ?

Je vous remercie d'avance !

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 25-06-22 à 21:12

Oops, une erreur dans ma question 2) (à cause du copier/coller)...
Si h=\dfrac{\epsilon }{2a+1} ,  j'obtiens bien évidemment (a+h)^2\leq 2 et pas  (a-h)^2\geq 2

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombres réels - borne supérieure 25-06-22 à 21:23

Bonjuour
pour h=a, on a exactement (a-h)²=(a-a)²=0... dire que c'est supérieur ou égal à deux me paraît un peu gonflé ....
tu es certain d'avoir tout recopié exactement ?

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 25-06-22 à 22:31

Salut lafol,
Oui tout à fait , je peux même poster une foto de la page si vous voulez , est-ce que c'est autorisé ?

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 02:07

Bonjour
Je trouve la question un peu aberrante,  non? Si on connaît \R, on sait aussi que la fonction carrée est bijective et strictement croissante sur \R_+, ce ne sont que des propriétés algébriques. On a alors que X est simplement f^{-1}([0,2])=[0,a]a est l'unique antécédent positif de 2. On a alors a=\sup X et a^2=2?

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 02:27

J'ai oublié de préciser que f est la fonction carrée restreinte à \R_+

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 11:27

Salut AitOuglif,
Merci pour ta réponse , tout à fait d'accord avec toi !
Mais c'est quand même ce que l'auteur a écrit dans son bouquin et j'aimerai bien le comprendre ...

Posté par
malou Webmaster
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 11:35

Bonjour à tous
Autodidacte33, vu que tu as recopié le texte, tu as le droit de le remettre maintenant en image ou en pdf

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 11:52

Ok
Voilà donc  l'extrait !
Nombres réels - borne supérieure

Posté par
carpediem
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 11:55

salut

AitOuglif le but du pb est évidemment d'apprendre à "utiliser les epsilon" et travailler avec des majorations-minorations puis passer à la limite ...

Posté par
ty59847
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 13:04

Pour le premier passage en bleu,
le bouquin dit : en prenant h= min ( \dfrac {\varepsilon}{2a},a)  etc etc
Tu peux remplacer cette phrase par :
en prenant h=  \dfrac {\varepsilon}{2a}
et tu regardes si tu comprends tout ça.

Ensuite, on peut se demander pourquoi l'énoncé dit h= min ( \dfrac {\varepsilon}{2a},a) , et pas h=  \dfrac {\varepsilon}{2a} , c'est normal, le bouquin a raison. Mais tu dois pouvoir expliquer dans quels cas ma simplification est justifiée.

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 15:22

Salut ty59847 ,

Merci pour ta réponse! Les questions que tu me poses sont exactement celles qui me bloquent !

Alors , lorsque  h=  \dfrac {\epsilon}{2a} , j'obtiens bien :

(a-h)^2\geq 2+\epsilon -2ah=2+\epsilon-\epsilon=2


Après :

Citation :
on peut se demander pourquoi l'énoncé dit h= min ( \dfrac {\varepsilon}{2a},a) , et pas h=  \dfrac {\varepsilon}{2a}


Le choix de h= \dfrac {\epsilon}{2a} est bien logique , puisqu'on veut annuler  \epsilon -2ah pour minorer (a-h)^2 par 2.  

Or, on ne se contente pas de prendre  h=  \dfrac {\varepsilon}{2a} , cela doit alors être faux si jamais on a    \dfrac {\varepsilon}{2a} \geq a , dans ce cas on devrait prendre h=a ? Mais pourquoi alors ?  

Posté par
ty59847
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 16:34

Bon, en fait, il y a un truc bizarre.
En fait a  ne peut jamais être inférieur à  \dfrac{\varepsilon}{2a}, vu comment {\varepsilon} a été construit.
Donc ça aurait été beaucoup plus normal d'écrire h= \dfrac{\varepsilon}{2a}

Sauf si j'ai raté quelque chose.
Mais ce n'est pas faux, c'est juste : pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ?

Posté par
carpediem
re : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 16:48

le problème vient du = et du "on obtient" dans

Citation :
En prenant \blue h=\text{min}\left(\dfrac{\epsilon }{2a} , a\right) , on obtient \blue (a-h)^2\geq 2

il faut détailler ce "on obtient" en travaillant non pas avec un = mais avec un

0 \le h \le \dfrac \epsilon {2a} \Longrightarrow ... \Longrightarrow a - \dfrac \epsilon {2a} \le a - h \le a

et là veut élever au carré ...
mais pour conserver l'ordre et être certain de cet ordre il faut que la trois membres soient positifs ... du moins que a - h >= 0 ...

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 17:04

carpediem @ 26-06-2022 à 11:55

salut

AitOuglif le but du pb est évidemment d'apprendre à "utiliser les epsilon" et travailler avec des majorations-minorations puis passer à la limite ...


Salut carpediem
D'accord. Merci.

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 26-06-22 à 23:08

carpediem
Est-ce que je respecte les objectifs si je dis que pour tout \varepsilon>0, on a  (a+ \varepsilon )^2 >2(1) et un réel x({\varepsilon}) \in X(donc de carré \leq 2) tel que a-\varepsilon <x({\varepsilon})\leq a(2). Alors, par passage à la limite, (1) me dit que a^2 \geq 2 par continuité des fonctions carré et affines, et (2) me dit que  x({\varepsilon}) tend vers a et  x({\varepsilon}) ^2 \leq 2 de telle sorte que a^2\leq 2. D'où a^2=2. J'ai fait un raisonnement epsilonesque, des majorations et un passage à la limite…?

Posté par
carpediem
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 09:59

c'est le principe ... mais ça me semble manquer de rigueur et être insuffisant ...

pourquoi ne pas suivre l'idée de la démonstration en montrant que :

si a^2 > 2 alors on trouve un majorant de X plus petit que a
si a^2 < 2 alors on trouve un élément de X plus grand que a tel que x^2 < 2

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 11:09

Hmm…honnêtement, je ne vois pas où est le manque de rigueur. Qu'est-ce que tu ne valides pas?

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 14:29

Bonjour
AitOuglif, c'est un exercice qui vise à établir des propriétés de IR, pour le construire proprement, si tu le fais en utilisant tout ce qu'on peut établir par la suite en utilisant la borne supérieure, c'est un peu biaisé ... (comme les gens qui prétendent prouver que sin(x)/x tend vers 1 en 0 à partir de la dérivée de sin, alors qu'on utilise cette limite pour justifier que cos et sin sont dérivables en 0)

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 15:08

Salut,

Je suis un peu perdu là...

ty59847 : C'est exactement ce que je pense , pourquoi faire simple quand on peut faire compliqué ? Je ne vois pas l'intérêt  de prendre h=\text{min}\left(\dfrac{\epsilon }{2a} , a\right) quand on peut prendre h=\dfrac{\epsilon }{2a}

carpediem : dans ton message du 26/06 à 16:48 , tu a pris h\in \left ] 0,  \dfrac{\varepsilon}{2a}\right] à la place de  h=\text{min}\left(\dfrac{\epsilon }{2a} , a\right) . Est- on libre dans le choix de h ?


Et  plus concrètement svp , le choix de h du bouquin n'est pas le meilleur , c'est bien ça?

Merci!

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 15:26

en fait, il veut s'assurer que a-h reste positif, avec son histoire de min
sauf qu'il n'a pas réalisé qu'avec h=a, ça ne fonctionnerait plus, et que de toutes façons c'est automatique, h < a , pour h = epsilon/(2a)

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 16:33

Bonjour lafol
J'ai bien compris, mes messages sont un peu provocateurs mais je ne trouve pas cela très cohérent de définir un ensemble comme une partie d'un ensemble qu'on n'a pas encore défini proprement, justement…Qu'est-ce que \R dans la définition de X?

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 16:34

Et qu'est-ce qu'une borne supérieure?

Posté par
lafol Moderateur
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 18:07

IR est défini, à ce stade, mais le but est d'en établir petit à petit les propriétés
Une borne supérieure, c'est justement ce sur quoi porte cet exercice : inutile de chercher à le faire sans en avoir lu la définition ...

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 27-06-22 à 23:04

AitOuglif :

La borne supérieure d'une partie A de \R notée  \sup A  est le plus petit élément de l'ensemble des majorants de A.

On peut la caractériser par :

a = \sup A \: \Longleftrightarrow \: \left \lbrace \begin{array}{l} \forall x \in A \hspace{5pt} a \geq x\\ \forall \epsilon > 0 \hspace{5pt} \exists x \in A \: / \: a - \epsilon < x \\ \end{array}

Posté par AitOuglifre : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 07:10

Bonjour Autodidacte33
Je sais ce qu'est une borne supérieure .
As-tu lu ma preuve? En fait, je posais la question pour rappeler que je ne fais qu'utiliser cette définition…Donc c'est gonflé de comparer ma preuve à cette histoire de sin x/x…D'autant que lafol parle de « construire proprement \R » dans un message puis « \R est défini à ce stade » dans un second message. Bref, je n'insiste pas!

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 15:06

AitOuglif : Oh excuse moi , ta question était rhétorique alors ...

Oui j'ai vu ta démonstration , je n'ai pas très bien compris vu que tu utilises les notions de limite et de continuité que je n'ai pas encore étudié ! Je vais par contre la noter pour la revoir une fois ces notions connues

Merci à toi de toute façon !

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 15:07

Je pense que j'ai bien compris le passage du bouquin , je remercie tout le monde

Posté par
carpediem
re : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 15:48

il est étonnant de traiter ce genre d'exercice sans connaitre la notion de limite ...

vu ton pseudo je pense que tu étudies en solo et bravo car ce n'est pas toujours facile cependant je t'invite à voir cette notion qui te donnera très certainement un éclairage ... plus clair sur ce que tu travailles ... car la notion de borne sup est intimement liée à la notion de limite ... comme le montre la définition de 23h04 ...

Posté par
Autodidacte33
re : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 16:19

carpediem : Oui je suis autodidacte, je fais les maths à la maison et j'utilise les bouquins de mon frère qui avait fait classes prépas dans le passé .  Merci pour les compliments

Ce n'est pas moi qui a choisi par quoi et par où commencer , je ne fait que suivre le bouquin De toute façon , le paragraphe qui suit  traite les suites numériques et leurs limites entre autres , et le cours qui suit celui-ci traite les fonctions d'une variable réelle . Ça va aller je crois

Merci !

Posté par
carpediem
re : Nombres réels - borne supérieure 28-06-22 à 17:51

de rien



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