Exercice 330 ⭐️ Fonction continue non nulle, Sup/L1/Classique

➡️ Limites & Continuité

Soit f:[0,1]R\displaystyle f:[0,1]\to\R une fonction continue positive et non identiquement nulle.

  1. Montrer qu’il existe [a,b][0,1]\displaystyle [a,b]\subset[0,1], a<b\displaystyle a<b, tel que pour tout x[a,b]\displaystyle x\in[a,b], f(x)>0\displaystyle f(x)>0.
  2. Montrer que 01f(x)dx>0\displaystyle \int_0^1f(x)dx>0.
  • f\displaystyle f positive non identiquement nulle 👉 Prendre x0\displaystyle x_0 tel que f(x0)>0\displaystyle f(x_0)>0 ;
  • f\displaystyle f continue 👉 TVI ou écrire la continuité en x0\displaystyle x_0.
  1. Comme f\displaystyle f est postive non identiquement nulle alors il existe x0\displaystyle x_0 tel que f(x0)>0\displaystyle f(x_0)>0. Écrivons la définition de la continuité de f\displaystyle f en x0\displaystyle x_0 : pour tout ε>0\displaystyle \epsilon>0, il existe η>0\displaystyle \eta>0 tel que si x]x0η,x0+η[[0,1]\displaystyle x\in]x_0-\eta,x_0+\eta[\subset[0,1] alors f(x)]f(x0)ε,f(x0)+ε[.f(x)\in ]f(x_0)-\epsilon,f(x_0)+\epsilon[. Dans ton cours, c’est probablement écrit : xx0<ηf(x)f(x0)<ε\displaystyle |x-x_0|<\eta \Rightarrow |f(x)-f(x_0)|<\epsilon. On a juste traduit ces inégalités avec des intervalles.
    Choisissons ε=f(x0)2\displaystyle \epsilon=\frac{f(x_0)}{2} et considérons le η=η(ε)\displaystyle \eta=\eta(\epsilon) correspondant dans la définition.
    Alors pour tout x]x0η,x0+η[\displaystyle x\in]x_0-\eta,x_0+\eta[, f(x)>f(x0)f(x0)2=f(x0)2>0.f(x)>f(x_0)-\frac{f(x_0)}{2}=\frac{f(x_0)}{2}>0. Il suffit de choisir un intervalle [a,b]]x0η,x0+η[\displaystyle [a,b]\subset ]x_0-\eta,x_0+\eta[ pour répondre à la question.

  2. Considérons le x0\displaystyle x_0, ε\displaystyle \epsilon et η\displaystyle \eta de la question précédente. Comme f\displaystyle f est positive sur [0,1]\displaystyle [0,1], il vient : 01f(x)dxx0ηx0+ηf(x)dxx0ηx0+ηf(x0)2dx2ηf(x0)2>0.\begin{aligned} \int_0^1f(x)dx&\ge \int_{x_0-\eta}^{x_0+\eta}f(x)dx\ge\int_{x_0-\eta}^{x_0+\eta}\frac{f(x_0)}{2}dx \\ &\ge 2\eta \frac{f(x_0)}{2}>0. \end{aligned}