Devoir surveillé sur la logique et les fonctions numériques. (1ère s/ 1ère année bac)
Exercice 1
- Montrer que : (∀x ∈ ℝ+) , 2x/1+x2 ≤ 1 et ∀(a, b) ∈ ([0, +∞[)2 , a + b ≥ 2√ab.
- On considère l’assertion suivante : P : (∀y ∈ ℝ+)(∃x ∈ ℝ), 2x/1+x2 > √y.
- Donner la négation de P.
- Montrer que P est fausse.
- Donner la négation des assertions suivantes :
R : (∀x ∈ ℝ)(∃k ∈ ℤ), k ≤ x < x + 1 et F : ∀(α, β) ∈ ℝ2, (α − β > 1 ⇒ ∃n ∈ ℤ, α < n < β)
Exercice 2
- Montrer que : ∀(a, b) ∈ (]0, +∞[)2 , a2/a+b ≥ 3a−b/4.
- Montrer que : √2 + √3 ∉ ℚ.
- Montrer par la contraposée que : (∀n ∈ ℕ), n2/5 ∈ ℕ ⇒ n/5 ∈ ℕ
- Soient a, b, x et y des réels non nuls. Montrer que : ax + by = 1 ⇒ 1/x2+y2 ≤ a2 + b2.
Exercice 3
- Montrer que : (∀x ∈ ℝ) , √x2+1 + 1/2(x + 2) > 0.
- Résoudre dans ℝ l’équation suivante (E) : 3 − 2∣x − 4∣ = 2x + 5.
- Pour tout n ∈ ℕ*. On pose : Sn = 1 + 1/3 + 1/32 + … + 1/3n.
- Calculer S1 , S2 et S3.
- Montrer que : (∀n ∈ ℕ*) , Sn = 3/2 − 1/2×3n.
Exercice 4
Déterminer l’ensemble de définition des fonctions suivantes :
ƒ(x) = √2x2−3x+1 , g(x) = 1/∣x+2∣−∣x+1∣ et h(x) = x−1/x2+2x−3
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Correction du devoir surveillé
Exercice 1
- Montrons que : (∀x ∈ ℝ+) , 2x/1+x2 ≤ 1 et ∀(a, b) ∈ ([0, +∞[)2 , a + b ≥ 2√ab.
∎ Soit x ∈ ℝ+.
2x/1+x2 ≤ 1 ⇔ 2x ≤ 1 + x2 ⇔ 0 ≤ x2 − 2x + 1 ⇔ 0 ≤ (x − 1)2
comme 0 ≤ (x − 1)2 est une assertion vraie pour tout x ∈ ℝ+. Donc
(∀x ∈ ℝ+) , 2x/1+x2 ≤ 1
∎ Soit (a, b) ∈ ([0, +∞[)2.
a + b ≥ 2√ab ⇔ √a2 − 2√ab + √b2 ≥ 0 ⇔ (√a − √b)2 ≥ 0
comme (√a − √b)2 ≥ 0 est une assertion vraie pour tous a, b ∈ ℝ+. Donc
∀(a, b) ∈ ([0, +∞[)2 , a + b ≥ 2√ab.
2. On considère l’assertion suivante : P : (∀y ∈ ℝ+)(∃x ∈ ℝ), 2x/1+x2 > √y.
a) La négation de l’assertion P.
P− : (∃y ∈ ℝ+) (∀x ∈ ℝ) , 2x/1+x2 ≤ √y.
b) Montrons que P est fausse.
On peut prendre y = 1 tel que l’assertion 2x/1+x2 ≤ √1 est vraie pour tout x ∈ ℝ.
Ceci signifie que l’assertion P− est vraie ce qui entraine que l’assertion P est fausse.
3. La négation des assertions R et F :
∎ La négation de l’assertion R est R− : (∃x ∈ ℝ)(∀k ∈ ℤ) , k > x ou x ≥ x + 1.
∎ La négation de l’assertion F est F− : ∃(α, β) ∈ ℝ2, α − β > 1 et (∀n ∈ ℤ, α ≥ n ou n ≥ β).
Exercice 2
- Montrons que : ∀(a, b) ∈ (]0, +∞[)2 , a2/a+b ≥ 3a−b/4.
Soit (a, b) ∈ (]0, +∞[)2.
a2/a+b ≥ 3a−b/4 ⇔ a2/a+b − 3a−b/4 ≥ 0
⇔ 4a2−3a2−3ab+ab+b2/4(a+b) ≥ 0
⇔ a2−2ab+b2/4(a+b) ≥ 0
⇔ (a − b)2/4(a+b) ≥ 0
comme (a − b)2/4(a+b) ≥ 0 est une assertion vraie pour tout a, b ∈ ]0, +∞[, donc
∀(a, b) ∈ (]0, +∞[)2 , a2/a+b ≥ 3a−b/4.
2. Montrons que : √2 + √3 ∉ ℚ.
On suppose par l’absurde que (√2 + √3) ∈ ℚ, alors il existe (p, q) ∈ ℤ × ℕ* tel que
√2 + √3 = p/q
alors
(√2 + √3)2 = (p/q)2
c’est-à-dire
5 + 2√6 = p2/q2
par suite
2√6 = p2−5q2/q2
donc √6 = p2−5q2/2q2 ∈ ℚ. C’est une contradiction car √6 ∉ ℚ. On conclut que
(√2 + √3) ∉ ℚ.
3. Montrons par la contraposée que : (∀n ∈ ℕ), n2/5 ∈ ℕ ⇒ n/5 ∈ ℕ.
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