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Niveau Maths sup
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Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1

Posté par
karim
06-05-07 à 11:10

Bonjour,
je voudrais savoir comment montrer un type de question qui tombe très très souvent dans les devoirs d'analyse. Comme l'indique mon titre : comment montrer proprement qu'une fonction est de classe C1?
Voici un exemple :
Soit a une réel et  g : [0, pi]-> R définie par :
(cos(x/a)-1)/sin(x/2) si x différent de 0
0 si x = 0
(a) Prouver que g est continue en 0.
(b) Établir l'existence et déterminer la valeur de :
limg'(x)
x->0,x>0
(c) Établir que g est de classe C1 sur [0, Pi] et préciser g'(0).
j'ai réussis à l'aide d'un développement limité de prouver les questions a et b, mais je ne sais pas quoi écrire pour la question c.
Si quelqu'un peut m'aider SVP.
Merci d'avance.

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:17

Bonjour

la question c) est une application directe du théorème de prolongement des fonctions de classe \Large{C^{1}} que tu as dû voir en cours.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:19

cela dit, si tu veux le redémontrer ici, il suffit d'appliquer le théorème des accroissements finis pour montrer d'un coup que ta fonction est dérivable et que la dérivée est continue.

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:26

Comment utiliser les résultats précédent pour prouver proprement que ma fonction est C1 ?

Posté par
Rouliane
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:26

Bonjour,

Kaiser> le TAF, on va l'utiliser seulement pour régler le problème en 0 ou pas ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:29

avec ou sans le théorème ?

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:29

Rouliane > oui !

Kaiser

Posté par
Rouliane
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:32

Mais comment on va fair eparce que pour le TAF on bosse sur un intervalle ouvert. Je pensais partir de quelque chose genre " il existe c dans ]0,x[ etc ... )
Comment "englober" le 0 ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:34

Pas besoin d'englober le 0.
on considère le taux d'accroissement \Large{\frac{f(x)-f(0)}{x}}, on utilise le TAF : il existe \Large{c_{x}} entre 0 et x tel que \Large{\frac{f(x)-f(0)}{x}=f'(c_{x})} et on fait tendre x vers 0.

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:34

Mais est ce qu'il ne suffit pas de dire qu'elle est rapport de fonction C1 pour conclure ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:36

karim > non, car le dénominateur s'annule en 0.
sinon, on n'aurait pas eu besoin de faire un DL en 0 pour prouver la continuité.

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:39

alors est ce que je dérive la fonction, et je prouve qu'elle est continue ?
En fait est ce qu'elle est déjà dérivable ? C'est trivial non ?

Posté par
Rouliane
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:40

ah oui, on montre la continuité de la dérivée en 0 c'est bien ça ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:42

Citation :
alors est ce que je dérive la fonction


normalement, tu as déjà dû faire ça à la question b), pour prouver l'existence de la limite de g' en 0.

Citation :
En fait est ce qu'elle est déjà dérivable ? C'est trivial non ?

oui est l'est dérivable mais ce n'est pas tout à fait évident.
Il faut soit étudier le taux d'accroissement, soit faire un DL à l'ordre 1.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:45

Rouliane >

pas tout de suite : avec ça, on montre que g est dérivable en 0.
Pour montrer que g' est continue en 0, il faut voir si g'(o) coïncide avec la limite de g' en 0 (d'ailleurs, je me suis trompé, c'est g à la place de f dans mon message de 11h34).

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:47

pour la question b je n'est pas eu besoin de la dériver, puisque j'ai son DL à l'ordre 1 qui m'a permis de deriver directement, est ce que c'est acceptable ?

Posté par
Rouliane
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:49

Mais je vois pas comment on montre la dérivabilité en 0 ici : en faisant tendre x vers 0, on a : 3$ \displaystyle{\lim_{x\to 0} \frac{g(x)-g(0)}{x-0}=\lim_{x\to 0}g'(c_x)}

Mais rien nous dit que \lim_{x\to 0}g'(c_x)=g'(0) parce qu'il faudrait que g' soit continue en 0.

Enfin je comprends rien, ça tourne en rond le problème, non ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:51

non, pas du tout !
en effet, si une fonction f admet un DL à l'ordre 1, la seule chose que l'on peut dire c'est que cette fonction est dérivable mais on ne peut rien dire de la dérivée.

un contre-exemple classique :

\Large{f(x)=x^{2}\sin(\frac{1}{x}))} si x est non nul et f(0)=0.

on a f(x)=o(x) (donc un un DL à l'ordre 1) mais pour x non nul, on a \Large{f'(x)=\cos(\frac{1}{x})-2x\sin(\frac{1}{x}))}

on peut alors voir facilement que f' n'admet pas de limite en 0.

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:53

donc je commence par calculer g'(0), je dis que la fonction est dérivable sur ]0,pi], je la dérive puis je montre que sa limite en 0 est bien g'(0), ainsi aurais je montré que g est de classe C1 ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:55

Rouiane > on n'a pas besoin de la continuité de g' en 0. de plus, on ne doit pas écrire g'(0) avant de prouver que ça existe.
La question b), nous dit que g' admet une limite finie que l'on note b.
Lorsque x tend vers 0, \Large{c_{x}} tend vers 0 donc \Large{g'(c_{x})} tend vers b
Ceci nous dit alors g ' est dérivable en 0 et que \Large{g'(0)=b=\lim_{x\to 0}g'(x)} donc on a en plus la continuité de g' en 0.

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 11:58

non, g'(0), on te demande de le calculer à la question c.
Pour la question b), il suffit de dériver la fonction et de calculer la limite en 0.

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:02

mais pour établir que la fonction g est C1 il faut d'abord calculer g'(0), pour montrer qu'elle est bien continue ?

Posté par
Rouliane
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:03

Ok Kaiser, merci, je pensais qu'il fallait tout redémontrer ( qu'on avait pas l'existence de cette limite) !

Sinon, y'a un truc que je comprends pas : dans ton message de 11h51, le DL à l'ordre 1 de la fonction nous dit que f(0)=f'(0)=0 ! ( c'est pas vrai si on a un ordre supérieur, par exemple c'est pas parce que f(x)=o(x²) que f''(0) existe, mais dans le cas d'un DL à l'ordre 1 on a bien l'existence de f(0) et f'(0) il me semble )
ou j'ai pas compris alors ce que tu voulais dire

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:08

Kaiser tu pourrais m'aider sur d'autre questions qui touchent les intégrales ?

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:09

karim > tu parles de la question b ou c ?
Rouliane > oui, effectivement, ce truc ne marche au maximum qu'à l'ordre 1.
Au-delà, c'est faux.
Mais où est le problème exactement ?

Kaiser

Posté par
karim
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:11

dans mon message de 12:02 je parlais de la c !

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:11

karim > il suffit de poster un nouveau topic !

Kaiser

Posté par
kaiser Moderateur
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 06-05-07 à 12:15

dans ce cas, on fait tout en même temps : on montre la dérivabilité et le caractère \Large{C^{1}} en 0 en faisant ce que j'ai fait dans mon message de 11h55

kaiser

Posté par
issamix
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 20-03-12 à 01:08

Une fonction est de Classe C1 sur I si et seulement si : 1) elle est dérivable sur I
                                                         2) sa dérivée est continue sur I


Donc , pour montrer que ta fonction est de classe C1 sur [0,] , tu montre que :
1) g est continue  sur [0,] : a) On calcule le DL en 0 de g : g(x)= a0 + a1*x + ... + o(x^n) pour
                                    pouvoir déterminer la limite de g en 0 : lim g = a0 = 0
                                                                             x0+                
                                 b) on déduit que g(0)=a0 et donc g est continue en 0 , et donc continue  
                                    sur [0,Pi] par opération des fonctions continues .

2) On montre que g est dérivable sur [0,] :
                                 a) g est dérivable sur ]0,Pi] par opérations des fonctions dérivables
                                 b) pour montrer que g est dérivable en 0 :
                                     a')Soit on calcul la limite en 0+ du taux d'accroissement de g
                                     b') Soit on dérive le DLn(0) de g pour obtenir le DLn-1(0) de g' :
                                         g'(x)= a1+a2*x+...+o(x^(n-1)) : g'(0)=a1
                                        Rq 1: Si f admet un DLn(0)et si f est dérivable au
                                         voisinage de 0 n'admet pas forcément un DLn-1(0)  
  
                                          Rq 2 : Pour montrer q'une fonction admet un DLn(a) , on peut
                                                 soit le déterminer , soit  montrer que la fonction
                                                 et de classe au moins Cn sur un voisinage de a[/b][/b]
                                              Pour le DLn-1(0) de g' , on a utilisé la 2éme méthode
              
                                        
  3) on montre que g' est continu sur [0,] :
        g' est clarement continue sur [0,] , reste à démontrer que g'est continue en
       0 :
       a) g'(0) = 0 (car g(0)=0)
       b) par le calcul du DL de g' , on déduit que lim g'(x) = a1 = 0
      D'ou g'(0)=lim g'(x) et g est continue sur [0,]

1)+2)+3)g est de classe C1 .
                                                      

Posté par
issamix
re : Basique : Montrer qu'une fonction est de classe C1 20-03-12 à 01:20

Pour s'entrainer , téléchargez ce fichier d'or les.mathematiques.free.fr/pdf/livre.pdf  et essayez de faire  les exercices pages 494+495 .



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