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Mathématiques · 2ème Année Bac — Sciences Mathématiques A

Théorème des Accroissements Finis (TAF)

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Le Théorème des Accroissements Finis (TAF) est un outil puissant pour encadrer des fonctions ou démontrer des inégalités. Soit $f$ une fonction définie sur $[a, b]$ ($a < b$).

  1. Conditions d'application :
    • $f$ est continue sur $[a, b]$.
    • $f$ est dérivable sur $]a, b[$.
  2. Conclusion : Il existe au moins un réel $c \in ]a, b[$ tel que : $$f'(c) = \frac{f(b) - f(a)}{b - a}$$ Interprétation géométrique : Il existe une tangente à la courbe de $f$ au point d'abscisse $c$ qui est parallèle à la droite passant par les points $(a, f(a))$ et $(b, f(b))$.

Méthodes à maîtriser

  • Démontrer une inégalité : Pour montrer $|f(x) - f(y)| \leq k|x - y|$, on applique le TAF sur l'intervalle d'extrémités $x$ et $y$ (en supposant $x < y$). On encadre ensuite $f'(c)$ par $k$.
  • Recherche de $c$ : Résoudre l'équation $f'(c) = \text{taux d'accroissement}$.
  • Utilisation du TAF pour les limites : Parfois utilisé pour démontrer des comportements asymptotiques.

Exemples corrigés

Exemple : Soit $f(x) = \sqrt{x}$ sur $[1, 4]$. $f$ est continue sur $[1, 4]$ et dérivable sur $]1, 4[$. Il existe $c \in ]1, 4[$ tel que $f'(c) = \frac{\sqrt{4} - \sqrt{1}}{4 - 1} = \frac{1}{3}$. Comme $f'(x) = \frac{1}{2\sqrt{x}}$, on a $\frac{1}{2\sqrt{c}} = \frac{1}{3} \implies \sqrt{c} = \frac{3}{2} \implies c = \frac{9}{4}$. $c = 2,25 \in ]1, 4[$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de vérifier la continuité sur l'intervalle fermé $[a, b]$ et la dérivabilité sur l'ouvert $]a, b[$.
  • Confondre le TAF avec le théorème de Rolle (qui est un cas particulier où $f(a) = f(b)$).
  • Appliquer le TAF sur un intervalle où la fonction n'est pas dérivable (ex: $f(x) = |x|$ en $0$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Théorème des Accroissements Finis (TAF)

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Quelle condition est inutile pour le TAF ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que je peux appliquer le TAF si la fonction n'est pas dérivable en a ou b ?

Oui, tout à fait. Le théorème exige la dérivabilité uniquement sur l'intervalle ouvert $]a, b[$. La fonction doit être continue sur l'intervalle fermé $[a, b]$, mais elle peut très bien ne pas être dérivable aux bornes.

💡 À retenir : La dérivabilité sur $]a, b[$ suffit, pas besoin en $a$ ou $b$.

Kifach n7seb c ila tlabuha lia f l'examen ?
  1. Vérifie les conditions (continuité et dérivabilité).
  2. Calcule le taux d'accroissement $\frac{f(b)-f(a)}{b-a}$.
  3. Calcule la dérivée $f'(x)$.
  4. Résous l'équation $f'(c) = \text{taux d'accroissement}$ pour trouver $c$.
  5. Vérifie que la valeur trouvée appartient bien à l'intervalle $]a, b[$.

💡 À retenir : $c$ doit impérativement être dans l'intervalle ouvert $]a, b[$.

Est-ce que le c est unique ?

Non, le théorème dit « il existe au moins un réel $c$ ». Il peut y en avoir plusieurs. Si tu en trouves un, le théorème est satisfait.

💡 À retenir : « Au moins un » signifie qu'il peut y en avoir un, deux, ou une infinité.

Wach darouri nst3mlu TAF bach nbyno l'inégalité ?

Pas forcément. Parfois, l'étude des variations (signe de la dérivée) suffit. Mais si l'inégalité porte sur la différence $|f(x) - f(y)|$, le TAF est souvent la méthode la plus rapide et la plus élégante.

💡 À retenir : Le TAF est l'outil privilégié pour majorer une différence de deux images.

Est-ce que le TAF marche pour les fonctions complexes ?

(à vérifier par le professeur) Non, le TAF tel qu'il est enseigné en 2ème Bac Sciences Mathématiques au Maroc s'applique uniquement aux fonctions à valeurs réelles d'une variable réelle.

💡 À retenir : Le TAF est réservé aux fonctions $f : I \to \mathbb{R}$.

Chno lfar9 bin Rolle o TAF ?

Le théorème de Rolle est un cas particulier du TAF. Dans Rolle, on a $f(a) = f(b)$, donc le taux d'accroissement est nul, ce qui donne $f'(c) = 0$. Le TAF est la version générale.

💡 À retenir : Rolle est le TAF quand la pente est nulle.

Est-ce que je peux utiliser le TAF sur un intervalle infini comme [a, +infty[ ?

Non, le TAF nécessite un intervalle borné $[a, b]$. Pour des intervalles infinis, on utilise souvent les limites ou l'étude des variations de la fonction.

💡 À retenir : Le TAF s'applique sur un intervalle fermé borné $[a, b]$.

Kifach n3ref wach nst3ml TAF wla l'inégalité des accroissements finis (IAF) ?

Le TAF donne une égalité ($f'(c) = \dots$), tandis que l'IAF donne un encadrement ($m \leq f'(c) \leq M$). Si on te demande de prouver une inégalité, utilise l'IAF.

💡 À retenir : Égalité = TAF, Inégalité = IAF.

Si f'(c) n'est pas constante, comment je fais pour majorer ?

Tu dois chercher le maximum et le minimum de $f'$ sur l'intervalle $[a, b]$. Si $m \leq f'(x) \leq M$ pour tout $x \in [a, b]$, alors $m \leq \frac{f(b)-f(a)}{b-a} \leq M$.

💡 À retenir : Encadre la dérivée pour encadrer le taux.

Est-ce que le TAF est vrai si la fonction est constante ?

Oui, si $f$ est constante, $f'(x) = 0$ pour tout $x$. Le TAF donne $0 = 0$, ce qui est vrai.

💡 À retenir : Le TAF fonctionne même pour les fonctions constantes.

Wach momkin nطبق TAF 3la fonction f(x) = 1/x f [1, 2] ?

Oui, car $f$ est continue sur $[1, 2]$ et dérivable sur $]1, 2[$. La fonction n'est pas définie en $0$, mais comme $0 \notin [1, 2]$, tout va bien.

💡 À retenir : Vérifie toujours que l'intervalle est inclus dans le domaine de définition.

Pourquoi on dit « au moins un » ?

Parce que la courbe peut faire des « vagues » (oscillations) entre $a$ et $b$, créant plusieurs points où la tangente est parallèle à la sécante.

💡 À retenir : L'existence est garantie, l'unicité n'est pas requise.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $f$ la fonction définie sur $[0, 1]$ par $f(x) = x^3 - 3x + 2$.

  1. Montrer que $f$ vérifie les conditions du TAF sur $[0, 1]$.
  2. Déterminer la valeur de $c \in ]0, 1[$ telle que $f'(c) = \frac{f(1) - f(0)}{1 - 0}$.
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Exercice 2

Soit $f(x) = \ln(1+x)$. Montrer que pour tout $x > 0$, on a : $\frac{x}{1+x} < \ln(1+x) < x$.

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Exercice 3

Soit $f$ une fonction dérivable sur $[a, b]$ telle que $f(a) = a$ et $f(b) = b$. Montrer qu'il existe $c \in ]a, b[$ tel que $f'(c) = 1$.

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