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Niveau Maths sup
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derivee a gauche et droite

Posté par
marseillepolo
21-12-15 à 23:47

bonsoir les amis
j'ai bloqué dans un classique le voici
Soient a et b deux réels tels que a < b. Soit f une fonction définie
sur [a, b], dérivable à gauche et à droite en tout point de ]a, b[ . On suppose que f est
continue à gauche en a, à droite en b et que f(a) = f(b). Montrer qu'il existe un point
c ∈ ]a, b[ tel que le produit de la dérivée à gauche en c par la dérivée à droite en c soit
négatif ou nul.
j'ai raisonné ainsi
on suppose que x ]a, b[ f'd(x)=f'g(x)
on a f continue sur  [a, b]  et derivable sur ]a, b[
selon rolle c]a, b[ f'(c)=0
et si x0]a, b[ f'gf'd
on suppose que f'd*f'g0
je ne sais pas comment demontrer que c'est absurde alors que c'est trivial si f n'est pas derivable alors les pentes de la derive a gauche et a droite doit etre opposées
meerci a vous

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 00:07

Bonsoir !

Citation :
j'ai raisonné ainsi
on suppose que x ]a, b[ f'd(x)=f'g(x)

Non çà ne va pas : tu as seulement l'existence des dérivées à gauche et à droite.
Ton égalité signifierait que f est dérivable, ce qui n'est pas dans les hypothèses.

Tu peux refaire le raisonnement du théorème de Rolle : il existe (en mettant de côté le cas où f est constante) un point c\in]a,b[f atteint un maximum (ou un minimum) et tu montres (si c'est un maximum) que  f'_g(c)\geqslant0;\;f'_d(c)\leqslant0 en considérant le signe des coefficients directeurs à gauche et à droite.

Posté par
marseillepolo
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 00:20

bonsoir
a ce que j'ai compris je dois faire comme la demonstration du theoreme de rolle
pour mon raisonnement j'ai supposé en premier lieu que si f est dérivable en tout point j'applique le theoreme de rolle sinon donc il existe un c tel f'd(c)f'g je ne vois pas encore ou est la faute
merci a vous et desole

Posté par
LeHibou
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 00:21

Bonjour,

On te dit que f est continue à gauche et à droite en tout point, ça ne te permet pas de conclure que ces dérivées sont égales partout, donc tu ne peux pas affirmer que f est continue en tout point et tu ne peux pas utiliser Rolle.

Une idée serait une démonstration par l'absurde : montrer que si il existe par exemple un x0 tel que f'd(x0) > 0 et si on a ensuite ensuite partout f'g(x)*f'd(x) > 0 alors la fonction f est monotone croissante et donc f(b) > f(a)

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 10:25

Bonjour !

LeHibou @ 22-12-2015 à 00:21

Bonjour,

On te dit que f est continue à gauche et à droite en tout point, ça ne te permet pas de conclure que ces dérivées sont égales partout, donc tu ne peux pas affirmer que f est continue en tout point et tu ne peux pas utiliser Rolle.
...

Il y a du flou dans ton affirmation : parles-tu de dérivabilité (alors on est d'accord, ce n'est pas dans les hypothèses) ou de continuité ?

Pas d'accord avec toi dans ce dernier cas ! Si f est dérivable à gauche en x_0 elle est aussi continue à gauche en ce point. Idem à droite. Et une fonction continue à droite et à gauche est continue.

On peut donc utiliser mon idée de point extrémal atteint en un c de l'intervalle ouvert. Si c'est un maximum la dérivée à droite est négative et la dérivée à gauche positive.

Posté par
etniopal
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 10:44

" On suppose que f est continue à gauche en a "  ???

Posté par
LeHibou
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 10:57

Merci luzak, effectivement je voulais écrire :
On te dit que f est dérivable à gauche et à droite en tout point, ça ne te permet pas de conclure que ces dérivées sont égales partout, donc tu ne peux pas affirmer que f est continue en tout point et tu ne peux pas utiliser Rolle.

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 12:14

@ LeHibou :
Je crois que tu as encore mis un "continue" à la place de "dérivable".

@etniopal :
Tu as raison, j'avais fait l'impasse et rectifié sans m'en rendre compte.

Posté par
carpediem
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 13:45

salut

posons g(x) = f'_g(x)f'_d(x)

et supposons que g > 0 alors f'_g et f'_d ont même signe ...

si f'_g > 0 (et f'_d > 0) alors f est strictement croissante et contredit l'hypothèse f(a) = f(b)
si f'_g < 0 (et f'_d < 0) alors f est strictement décroissante et contredit l'hypothèse f(a) = f(b)

donc l'hypothèse g > 0 est fausse

.....

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 14:31

Bonjour  carpediem !
Fonction croissante et dérivable à gauche entraîne dérivée positive, d'accord.
Mais comment montres-tu qu'une dérivée (à gauche) positive implique la croissance ! Souviens-toi, pour les fonctions dérivables, cette démonstration utilise le théorème de Rolle ou l'inégalité des accroissements finis !

Posté par
carpediem
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 17:24

pour tout x >a f_g existe donc f'_g(x) = \lim_{ y \to x \ et \  y < x }   \dfrac {f(x) - f(y)}{x - y}

f'g(x) > 0 et y < x => f(y) < f(x) <=> f est strictement croissante


et idem avec f'_d

ce me semble-t-il ...

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 21:46

Bonsoir carpediem !
Je ne peux contredire ta conclusion car il est exact que l'existence, sur un intervalle, d'une dérivée à gauche positive, suffit à prouver la croissance sur le dit intervalle (à ma connaissance cela se fait en utilisant l'inégalité des accroissements finis, sous la forme affaiblie où on a seulement la dérivation à gauche).

Voici ce que tu proposes, si on regarde de près : pour chaque x il existe un intervalle, disons I_x, tel que pour y\in I_x,\;f(y)-f(x) est du signe de y-x. Pour moi ce n'est pas la définition d'une fonction croissante.
Même en restant dans ton I_x si on prend u,\;v,\;u<v tu ne peux que donner le signe de f(u)-f(x) et f(v)-f(x). Tu pourrais peut-être trouver le signe de f(u)-f(v), indispensable pour conclure à la croissance, si tu étais certain d'être dans I_u ou dans I_v. Or tu n'as aucune certitude que u,v sont simultanément dans un tel ensemble et dès que tu changeras u (il y a un quelque soit dans la définition de la croissance) tu ne sais pas du tout à quoi ressemble le nouvel I_u.

Sauf autre argument je ne vois donc pas comment accepter ta démonstration !

Posté par
marseillepolo
re : derivee a gauche et droite 22-12-15 à 23:10

bonjour
a mon avis je suppose au debut que f est derivable c'est a dire que tout les derivées a gauches et a droites sont egales (cas general) en ce moment appliquer rolle
mais si il existe une derivée a gauche (ou plusieurs ) differente de la derivée droite donc la fonction n'est pas derivable en ce point (ces points) donc f'd est different de f'g
je n'arrive toujours pas a voir ou est ma faute
merci

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 09:30

Ce n'est pas une question de "faute" ! On ne te demande pas de montrer que les dérivées sont distinctes ou pas mais que le produit ne peut être positif.

Depuis longtemps je te dis de considérer un c\in]a,b[ tel que f(c) soit un extremum (maximum ou minimum).
Si c'est un maximum, la dérivée à gauche sera positive, la dérivée à droite négative.

Posté par
carpediem
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 13:23

luzak

attention :: pour la dérivée à gauche en x on ne considère que :: y < x et y --> x

puisque la limite est positive c'est que sur un voisinage de x :: ]x - h, x] ::  [f(x) - f(y)]/(x - y) >= 0

or x - y >= 0 donc f(x) - f(y) >= 0

et puisque c'est vrai pour tout x ...

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 14:06

Si tu prends y<z<x tu ne peux rien dire du signe de f(z)-f(y).
D'accord, y$\;et$\;z sont dans le voisinage de x que tu mentionnes mais cela ne te permet de comparer que f(z)\;$et$\;f(x).
Tout ce que tu sais c'est qu'il existe un voisinage à gauche de z, disons V, tel que y'\in V\implies f(z)-f(y')\geqslant0.
Mais ce voisinage V, dont tu ignores tout,  n'a aucune raison de contenir y.

Posté par
carpediem
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 15:06

peut-être .... mais ... n'as-t-on pas :

pour tout x :: f'_g(x) >=0 => il existe un voisinage V = ]x - h, x] tel que : y dans V => f(y) =< f(x) ??

ensuite pour comparer f(y) et f(z) avec y < z < x ... ben je considère f'_g(z) > 0 ...

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 15:33

Relis ce que j'ai dit : tu n'as aucune certitude que le voisinage défini à partir de z contient ton y initial.

Bien sûr tu peux comparer pour des y' bien choisis, mais ton y initial reste (peut-être) hors d'atteinte.

Je pense que tu es d'accord qu'il s'agit de montrer, que sur un intervalle donné, pour TOUT couple u,v,\;u<v dans l'intervalle on a f(u)<f(v). Alors proposes un intervalle, prends-y deux réels u,v et essaies de comparer f(u),\;f(v).
Avec ton procédé tu y arrives seulement si u est "assez près" de v (le "assez" dépendant de v) mais tu ne le fais pas pour un u arbitraire donné à priori (inférieur à v et dans l'intervalle bien sûr).

Posté par
carpediem
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 17:47

soit x fixé dans ]a, b] et posons  A = {t € [a, x[ tel que  f(t)>=f(x)}

si A est non vide posons z = sup A

z < x sinon f'_g(x) =< 0

de plus f(z) = f(x) sinon la continuité de f entraine que l'on peut trouver s > 0 tq f(u) > f(x) sur [z, z + s]

on considère alors inf f sur [z, x] compact non vide, donc atteint en un point y

à gauche de y tu as (f(y) - f(u))/(y - u) < 0 ce qui te mene a f'g(y)=<0 (absurde)

donc A est vide


(la démo n'est pas de moi ...)

Posté par
luzak
re : derivee a gauche et droite 23-12-15 à 18:03

D'accord.
C'est presque la méthode pour établir l'inégalité des accroissements finis lorsqu'on a seulement la dérivabilité à droite.



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