Continuité
Soit f une fonction définie sur un intervalle I ⊂ R.
- Définition de la continuité
- Soit a ∈ I.
f continue en a
⇔ ∀ ε > 0, ∃ η > 0 :
∀ x ∈ I ∩ ]a−η, a+η[,
|f(x)−f(a)| < ε
- Caractérisation de la continuité par les limites
- f continue sur I
⇔ ∀ a ∈ I, limx→a
f(x) = f(a)
Dérivation
- Nombre dérivé
- Soit f une fonction définie au voisinage (à gauche ou à droite) d’un réel a. Si ces limites existent,
f′(a) = limx→a f(x) − f(a)/x − a)
= limh→0 f(a + h) − f(a)/h) (f est dérivable en a) ;
fg′(a) = f′(a−)
= limh→0h<0 f(a + h) − f(a)/h) (à gauche) ;
fd′(a) = f′(a+)
= limh→0h>0 f(a + h) − f(a)/h) (à droite).
- Équation de la tangente
- Soit f une fonction dérivable en un réel a. La courbe représentative de f admet une tangente au point d’abscisse a, d’équation
y = f′(a) (x − a) + f(a).
- Opérations sous la dérivée
- Soient u et v deux fonctions dérivables sur un même ensemble D. Soit k ∈ R.
(u + v)′ = u′ + v′ ;
(ku)′ = ku′ ;
(u × v)′ = u′v + uv′ ;
(uk)′ = k u′ × uk−1 ;
(eu)′ = u′ × eu.
Si v ne s’annule pas,
(1/v)′
= −v′/v2 ;
(u/v)′
= u′v − uv′/v2.
Si u > 0,
(√(u))′ = u′/2√(u) ;
(ln u)′ = u′/u.
- Dérivée d’une composée
- Soit u une fonction dérivable sur un ensemble D et g une fonction dérivable sur u(D).
(g ∘ u)′ = u′ × (g′ ∘ u)
- Dérivée de la réciproque
- Soit f une fonction dérivable dont la dérivée ne s’annule pas sur un intervalle I. Elle définit une bijection de I sur f(I)
et sa réciproque est dérivable avec
(f−1)′ = 1/f′ ∘ f−1)
- Intégrale dépendant de ses bornes
- Soit f une fonction continue sur un intervalle I. Soient u et v
deux fonctions dérivables sur le même intervalle J
à valeurs dans I.
La fonction G : x ↦ ∫u(x)v(x) f(t) dt est dérivable sur J
et pour tout x ∈ J,
G′(x) = v′(x) f(v(x)) − u′(x) f(u(x))
- Point critique et point d’inflexion
- Soit f une fonction dérivable en un réel a.
a point critique ⇔ f′(a) = 0
a point d’inflexion pour f
⇔ f′ admet un extremum en a
- Classes de continuité
- ∀k ∈ N,
f de classe 𝒞k sur un intervalle I
⇔ f dérivable k fois avec une dérivée k-ième f(k) continue
- Formule de Leibniz
- Soient f et g deux fonctions n fois dérivables.
(f × g)(n)
= ∑k=0n
(k parmi n)
f(k) g(n−k)
Théorèmes d’analyse
- Combinaison de fonctions continues
- La somme, le produit et la composée de fonctions continues sont des fonctions continues.
- Lien entre continuité et dérivabilité
- f dérivable en a ⇒ f continue en a
- Théorème des valeurs intermédiaires
- Toute fonction continue sur un segment atteint toute valeur comprise entre ses valeurs aux bornes.
- Extension du théorème des valeurs intermédiaires
- Toute fonction continue sur un intervalle atteint toute valeur strictement comprise entre ses éventuelles limites aux bornes.
- Corolaire du théorème des valeurs intermédiaires
- Toute valeur strictement comprise entre deux valeurs ou limites aux bornes d’une fonction continue et strictement monotone sur un intervalle admet un unique antécédent dans cet intervalle.
- Théorème de la bijection
- Toute fonction continue et strictement monotone sur un intervalle est bijective sur son intervalle image. Sa réciproque est continue et strictement monotone avec le même sens de variation.
- Théorème des bornes
- Toute fonction continue sur un segment est bornée et atteint ses bornes.
- Image d’un segment
- L’image d’un intervalle fermé borné par une fonction continue est un intervalle fermé borné.
- Condition au minimum
- Soit f une fonction
définie sur un intervalle I
et atteignant son minimum en un réel a ∈ I,
tel que f soit dérivable en un réel a.
Si a = inf(I) alors f(a+) ≥ 0 ;
si a = sup(I) alors f(a−) ≤ 0,
sinon f(a) = 0.
Soit f une fonction réelle définie sur un intervalle
[a, b].
- Théorème de Rolle
- Si f est continue sur [a, b] et dérivable sur ]a, b[
et si f(a) = f(b)
alors il existe c ∈ ]a, b[
tel que f′(c) = 0.
- Théorème des accroissements finis
- Si f est continue sur [a, b] et dérivable sur ]a, b[
alors il existe c ∈ ]a, b[
tel que f′(c) = f(b) − f(a)/b − a).
- Inégalités des accroissements finis
- Soit (m, M) ∈ R2.
Si f est continue sur [a, b]
et dérivable sur ]a, b[
et si pour tout x ∈ ]a, b[
on a m ≤ f′(x) ≤ M
alors m(b − a)
≤ f(b) − f(a)
≤ M(b − a).
- Signe de la dérivée
- Soit f une fonction dérivable sur un intervalle I.
f′ ≥ 0 ⇒ f croissante ;
f′ > 0 ⇒ f strictement croissante ;
f′ ≤ 0 ⇒ f décroissante ;
f′ < 0 ⇒ f strictement décroissante