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Niveau Maths sup
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Fonction continue surjective

Posté par
martin9
07-12-20 à 18:05

Bonsoir, je dois monter qu'une fonction f : [0,+\infty [ \rightarrow \mathbb{R} surjective continue s'annule une infinité de fois.
Je ne comprends pas l'énoncé car il suffit de prendre une fonction étant aussi injective comme contre exemple (une droite par exemple) étant bien surjective et continue.

Merci de votre aide.

Posté par
lionel52
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 18:17

Hello ! Attention au domaine de définition : R+
Une fonction affine n'est pas surjective sur R+ !

Posté par
Ulmiere
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 18:50

Appelle A = \{x\in[0,\infty) : f(x) = 0\}. Suppose que A soit un ensemble fini.
1) A est non vide parce que ...
2) Donc A possède un max x_0
3) Etudier le signe de f sur [x_n0,\inf)
4) Quelle propriété f possède-t-elle sur [0,x_0] ?
5) Contradiction et conclusion

Posté par
Ulmiere
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 18:51

Correction : 3) Etudier le signe de f sur [x_0,+\infty)

Posté par
martin9
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 19:32

lionel52 @ 07-12-2020 à 18:17

Hello ! Attention au domaine de définition : R+
Une fonction affine n'est pas surjective sur R+ !

La fonction racine carrée dans ce cas là est bien surjective et continue mais elle ne s'annule pas une infinité de fois.

Posté par
martin9
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 19:33

Ulmiere @ 07-12-2020 à 18:50

Appelle A = \{x\in[0,\infty) : f(x) = 0\}. Suppose que A soit un ensemble fini.
1) A est non vide parce que ...
2) Donc A possède un max x_0
3) Etudier le signe de f sur [x_n0,\inf)
4) Quelle propriété f possède-t-elle sur [0,x_0] ?
5) Contradiction et conclusion

Merci, je vais essayer mais je ne vois pas pourquoi c'est vrai

Posté par
Ulmiere
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 19:47

Non, la fonction racine carré n'est pas surjective quand elle est vue comme une fonction à valeurs dans \mathbb{R}. -1 n'a pas d'antécédent dans [0,\infty) par exemple

Posté par
verdurin
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 19:49

Bonsoir,

martin9 @ 07-12-2020 à 19:32


La fonction racine carrée dans ce cas là est bien surjective et continue mais elle ne s'annule pas une infinité de fois.

La fonction racine carrée n'est pas surjective sur \R.

Posté par
carpediem
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 20:29

salut

un exemple de fonction pour éventuellement mieux comprendre (le plan de travail de Ulmiere) :

f(x) = e^x \cos x

Posté par
martin9
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 21:18

Je suis désolé mais je ne vois pas malgré les indications. Pour x > x0, x n'appartient pas à A donc f est soit strictement positive soit strictement négative, mais j'ai l'impression que ça ne fait que déplacer le problème à [0,x0] (il n'y a rien qui empêche f d'être surjective ou continue sur cet intervalle)

Posté par
verdurin
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 21:35

Il y a quelque chose qui empêche f d'être surjective de [0,x0[ sur R.
C'est qu'elle est continue et définie sur [0,+[.

Posté par
martin9
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 21:59

Ah d'accord, donc en français ça veut dire que au bout d'un moment, f va devoir sortir de [0,x0] et alors elle ne pourra pas être surjective de [0,x0] dans \mathbb{R}. Mais ce n'est pas absurde car par hypothèse, f est surjective de [0,+\infty[

Posté par
verdurin
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 22:15

Comme f est continue sur R+ l'image par f de [0;x0] est un intervalle de la forme [a;b] avec a et b réels car l'image continue d'un compact est un compact.
Comme la fonction est surjective elle s'annule au moins une fois en dehors de [0;x0] pour passer d'une valeur négative inférieure à a jusqu'à une valeur positive supérieure à b.

Posté par
Ulmiere
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 22:58

On peut supposer que f est strictement positive sur [x0,+inf), quitte à travailler avec -f à la place de f.
Et comme te l'a expliqué verdurin, l'image du compact [0,x0] est en vertu du théorème de Heine un compact, donc bornée.
En particulier, f n'atteint jamais la valeur -J-1, où J est l'inf (atteint et fini) de f sur [0,x0].

Posté par
Ulmiere
re : Fonction continue surjective 07-12-20 à 23:00

Erreur : p positive pas strictement sur [x0,+inf), mais positive quand même

Posté par
mousse42
re : Fonction continue surjective 08-12-20 à 15:12

Bonjour,

Je propose une autre méthode par construction.

\forall n\in \N, \exists (x_n,y_n)\in (\R_+) tel que f(x_n)>n et f(y_n)<-n dû à la surjecivité de f

Si x_n\to \ell \in \R_+, f n'aurait pas de limite en \ell, or f est continue. Donc x_n\to +\infty. Idem pour (y_n).

On applique le théorème des valeurs intermédiaires,dès lors \forall n\in \N, il existe c_n\in ]x_n,y_n[ ou  c_n\in ]y_n,x_n[ tel que f(c_n)=0, on déduit que c_n \to \infty

On pose C_0:=c_0, il existe p\in \N tel que C_0<c_p et ensuite on pose C_1:=c_p de tel sorte à obtenir pour tout k\in \N, C_k<C_{k+1}, par itérations successives on finit par obtenir une bijection de \N\to \{C_k,\;:k\in \N\} avec f(C_k)=0,\;\forall k\in \N



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