Cours – Fonctions réelles d’une variable

Chapitre 05

Auteur·rice

Saîd MAHARI

Date de publication

19 septembre 2026

ECS (1re année) — Chapitre 05. Limites, continuité, TVI, dérivabilité, Rolle, accroissements finis, convexité.

Ce chapitre a été réalisé conformément au programme marocain de mathématiques de la filière ECS.

1 Limites

Définition 1.1 — (Limite en un point)

\lim_{x \to a} f(x) = \ell signifie : \forall \varepsilon > 0,\; \exists \delta > 0,\; |x-a| < \delta \Rightarrow |f(x) - \ell| < \varepsilon.

Proposition 1.1 — (Opérations)

Si \lim f = \ell et \lim g = m, alors \lim(f+g) = \ell+m, \lim(fg) = \ell m, \lim(f/g) = \ell/m si m \neq 0.

Théorème 1.1 — (Théorème des gendarmes)

Si g(x) \leq f(x) \leq h(x) au voisinage de a et \lim g = \lim h = \ell, alors \lim f = \ell.

2 Continuité

Définition 2.1 — (Continuité)

f est continue en a si \lim_{x \to a} f(x) = f(a).

Proposition 2.1 — (Opérations sur les fonctions continues)

La somme, le produit, le quotient (si dénominateur non nul) et la composition de fonctions continues sont continus.

2.1 Théorème des valeurs intermédiaires

Théorème 2.1 — (TVI)

Soit f : [a,b] \to \mathbb{R} continue. Pour tout y compris entre f(a) et f(b), il existe c \in [a,b] tel que f(c) = y.

Corollaire 2.1 — (Théorème des bornes atteintes)

Toute fonction continue sur un segment [a,b] est bornée et atteint ses bornes.

Théorème 2.2 — (Continuité et monotonie stricte)

Si f : I \to \mathbb{R} est continue et strictement monotone sur un intervalle I, alors f réalise une bijection de I sur f(I) et f^{-1} est continue et strictement monotone.

3 Dérivabilité

Définition 3.1 — (Dérivabilité)

f est dérivable en a si \lim_{h \to 0} \frac{f(a+h) - f(a)}{h} existe. On note f'(a) cette limite.

Proposition 3.1 — (Dérivabilité implique continuité)

Si f est dérivable en a, alors f est continue en a.

Proposition 3.2 — (Opérations)

(f+g)' = f' + g', (fg)' = f'g + fg', \left(\frac{f}{g}\right)' = \frac{f'g - fg'}{g^2}, (g \circ f)' = (g' \circ f) \cdot f'.

4 Théorème de Rolle

Théorème 4.1 — (Théorème de Rolle)

Soit f : [a,b] \to \mathbb{R} continue sur [a,b], dérivable sur ]a,b[ avec f(a) = f(b). Alors il existe c \in ]a,b[ tel que f'(c) = 0.

5 Accroissements finis

Théorème 5.1 — (Théorème des accroissements finis)

Soit f : [a,b] \to \mathbb{R} continue sur [a,b], dérivable sur ]a,b[. Alors il existe c \in ]a,b[ tel que : f(b) - f(a) = (b-a)f'(c)

Proposition 5.1 — (Lien dérivée et monotonie)

  • f' \geq 0 sur I \iff f croissante sur I.
  • f' > 0 sur I \implies f strictement croissante sur I.
  • f' = 0 sur I \iff f constante sur I.

6 Convexité

Définition 6.1 — (Convexité)

f : I \to \mathbb{R} est convexe si pour tous x, y \in I et \lambda \in [0,1] : f(\lambda x + (1-\lambda)y) \leq \lambda f(x) + (1-\lambda)f(y)

Théorème 6.1 — (Critère de convexité)

Si f est de classe \mathcal{C}^2 sur I, alors f est convexe sur I si et seulement si f'' \geq 0 sur I.

Définition 6.2 — (Point d’inflexion)

a est un point d’inflexion de f si f''(a) = 0 et f'' change de signe en a.

7 Exercices

Exercice 7.1

Calculer les limites suivantes :

  1. \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x}
  2. \lim_{x \to +\infty} \frac{\ln x}{x}
  3. \lim_{x \to +\infty} \frac{e^x}{x^2}

Exercice 7.2

Étudier les variations de f(x) = x^3 - 3x + 1 et déterminer ses extremums.

Exercice 7.3

Montrer que l’équation x^3 + x - 1 = 0 admet une unique solution réelle.

Exercice 7.4

Montrer que e^x \geq 1 + x pour tout x \in \mathbb{R}.

Exercice 7.5

Étudier la convexité de f(x) = x^2 e^{-x}.

Exercice 7.6

Soit f : [0,1] \to \mathbb{R} continue avec f(0) = 0 et f(1) = 1. Montrer qu’il existe c \in ]0,1[ tel que f(c) = c.

Exercice 7.7

Soit f : \mathbb{R} \to \mathbb{R} continue, 2-périodique, avec f(0) = 0 et f(1) = 1. Montrer qu’il existe c \in ]0,1[ tel que f(c) = f(c+1).

Exercice 7.8

Montrer que \ln x \leq x - 1 pour tout x > 0.

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📝 Chapitre 05 : Fonctions réelles d’une variable

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