À propos des exercices et quiz

“Practice, note innate talent, is what makes the difference in exceptional human achievment. ”

Malcolm Gladwell

Sur les exercices

Les exercices jouent un rôle central dans l’apprentissage d’une matière, puisqu’ils représentent le moment où on doit résoudre un problème à l’aide de ce qui a été étudié dans le cours.

Face à un nouvel exercice, la première chose à faire est de comprendre son énoncé. Donc il s’agira de lire l’énoncé, plusieurs fois si nécessaire, pour être sûr que vous comprenez tous les termes qu’il contient, et que vous voyiez ce qu’on vous demande. Si nécessaire, reprenez les définitions du cours.

Les exercices ne sont pas juste des “choses à calculer”: beaucoup sont théoriques et demandent de maîtriser les définitions et les résultats du cours. Donc il ne sert à rien de se lancer dans un calcul si on n’a pas compris la moitié des termes utilisés dans l’énoncé.

Vous avez plusieurs moyens d’avancer dans la résolution des problèmes. Il y a les assistant.es à la séance d’exercices bien sûr, il y a l’aide que vous trouvez en discutant avec vos collègues de travail, mais aussi d’autres outils en ligne, faits pour vous aider à avancer individuellement:

Certains exercices sont accompagnés d’indications (vous ne les voyez que si vous accédez aux exercices en ligne, ces indications ne sont pas sur le pdf), en accédant à l’onglet “Indications”; celles-ci fournissent des indices dont le but est d’arriver à faire un premier pas dans la résolution.
Vous avez la possibilité de poser des questions sur cet exercice, que ce soit avant, pendant, ou après la séance d’exercices, en ouvrant l’onglet “Forum”. Avant de poser une question, vérifiez si elle n’a pas déjà été posée par quelqu’un d’autre! Un autre étudiant, un assistant ou moi-même y aura probablement déjà répondu. Vous pouvez aussi commenter ou “liker” les questions/réponses des autres.
Faites bon usage du forum associé à un exercice: s’y rendre trop tôt pour chercher de l’aide risque de vous faire obtenir des informations que vous auriez peut-être obtenu tout-e seul-e en réfléchissant un peu. Un peu comme aller regarder la solution d’un exercice avant d’avoir essayé tout-e seul-e...

“A good course is a course with many stupid questions. ”

Wendelin Werner,Rio de Janeiro, 2008

Ne pensez pas que vous êtes sensés arriver à faire tous les exercices facilement, en compilant directement ce qui a été dans le cours. Il est normal de ne pas arriver à faire un exercice tout de suite sans fautes: ça fait partie intégrante de l’apprentissage!

Les solutions seront disponibles peu après la séance d’exercices. Alors soyons clairs: lire la solution d’un problème sans avoir essayé de le faire avant, c’est comme si on n’avait RIEN fait. Vous pouvez lire et relire la solution d’un exercice, vous dire que vous l’avez “comprise”, peut-être même la reproduire sans faute; ça ne veut pas du tout dire que vous serez capable de résoudre un autre exercice du même genre.

Il faut savoir que le processus d’apprentissage par lequel on passe, lorsqu’on sèche sur un problème, est utile pour une multitude d’autres choses, en plus de l’exercice lui-même...

Sur les quiz

Des quiz apparaissent à la fin de pratiquement toutes les sections du polycopié.

Le but d’un quiz est de vous permettre de voir si vous avez compris la matière qui vient de vous être présentée, en vous posant simplement une suite de questions du type “Vrai ou Faux”? En général, on peut y répondre sans faire aucun calcul.

Il est essentiel de tous les faire. Relisez le cours, lisez les questions qu’on vous pose, réfléchissez, choisissez vos réponses, puis checkez en appuyant sur “Réponses”. Les quiz vous fournissent un moyen de vous auto-évaluer, ne manquez pas cette occasion!

Dans un quiz, répondre “Vrai” signifie que l’on doit pouvoir donner une petite justification à l’aide de ce qui a été présenté dans le cours. Répondre “Faux” doit pouvoir s’accompagner d’un contre-exemple. Par exemple, pour démontrer que l’affirmation “toute fonction continue est dérivable” est fausse, on peut donner le contre-exemple de la fonction

f (x) = ∣ x ∣

, qui est continue partout mais pas dérivable en

x_{0} = 0

Parfois, trouver un contre-exemple peut être plus difficile. L’affirmation “Toute fonction continue est dérivable en au moins un point” est aussi fausse, mais exhiber un contre-exemple requiert un certain travail...

Dans cette section, on considère des fonctions

f : A \to B

que l’on appellera réelles, ce qui signifie que

A

B

sont des sous-ensembles de

R

. L’étude des fonctions de ce type constitue un des objectifs de ce cours, surtout via la notion de limite qui sera introduite bien plus tard. Ici nous ne ferons qu’illustrer les notions de la section précédente dans ce cas particulier.

II.3.1 Graphe et ensemble image

Lorsque

A

B

sont des sous-ensembles de

R

, on peut représenter géométriquement toute l’information contenue dans une fonction

f : A \to B

dans son graphe, qui est défini comme l’ensemble des points

(x, f (x))

du plan cartésien, obtenus en laissant

x

parcourir tout l’ensemble

A

graphe (f) = {(x, y) \in R^{2} : x \in A, y = f (x) \in B} .

Sur l’animation ci-dessus, on peut “voir”

Im (f)

en activant “trace”, et en faisant varier

x \in A

, pour voir apparaître les points de

Im (f)

sur l’axe

y

.
Dans la pratique, on détermine l’ensemble image de

f : A \to B

par le calcul: en cherchant les

y \in B

pour lesquels l’équation

f (x) = y (II.1)

possède au moins une solution

x \in A

. Dans les cas simples, cela revient à pouvoir isoler

x

dans cette dernière expression.

Exemple II.13.

Soit

f : [2, 3] x \to R \mapsto f (x) := \frac{3 x - 4}{2} .

Par définition,

Im (f) = {y \in R : \exists x \in [2, 3] tel que f (x) = y}

Pour calculer

Im (f)

, fixons

y \in R

, et essayons de résoudre l’équation

y = f (x)

, c’est-à-dire

y = \frac{3 x - 4}{2} .

En isolant simplement

x

, on trouve la préimage de

y

x = \frac{2 y + 4}{3} .

Comme il faut que la préimage appartienne à

A = [2, 3]

, on veut que

2 ⩽ \frac{2 y + 4}{3} ⩽ 3,

qui est équivalente, après quelques manipulations, à

1 ⩽ y ⩽ \frac{5}{2} .

On résume: l’équation

y = f (x)

possède une solution

x \in [2, 3]

si et seulement

y \in [1, \frac{5}{2}]

. Ceci signifie que

Im (f) = [1, \frac{5}{2}]

. On peut le vérifier graphiquement:

II.3.2 Injections, surjections, bijections

Dans le cas des fonctions réelles, l’injectivité et la surjectivité peuvent se caractériser en termes du graphe de

f

, comme suit. Une fonction réelle

f : A \to B

est

surjective si toute droite horizontale d’équation $y = b$ , avec $b \in B$ , coupe le graphe de $f$ en au moins un point,
injective si toute droite horizontale d’équation $y = b$ , avec $b \in B$ , coupe le graphe de $f$ en au plus un point .

II.3.3 Graphe de la fonction réciproque

Si une fonction réelle

f

est bijective, comment le graphe de

f^{- 1}

est-il relié à celui de

f

?
Plus précisément, considérons une fonction

f : A x \to B \mapsto f (x) .

On rappelle que le graphe de

f

est l’ensemble des paires

(x, y)

, où

y = f (x)

x \in A

. Si

f

est bijective, le graphe de sa réciproque

f^{- 1} : B y \to A \mapsto f^{- 1} (y)

est l’ensemble des paires

(y, x)

, où

x = f^{- 1} (y)

y \in B

. On a donc qu’un point

(x, y)

appartient au graphe de

f

si et seulement si le point

(y, x)

appartient au graphe de

f^{- 1}

. Or dans le plan, l’opération qui transforme

(x, y)

(y, x)

est une réflexion par rapport à la diagonale du premier quadrant. On en conclut que si le graphe de

f

est connu, alors le graphe de

f^{- 1}

s’obtient en réfléchissant celui de $f$ à travers la diagonale du premier quadrant. Voyons quelques exemples.

Exemple II.14.

Considérons

f : R x \to R \mapsto \frac{x}{2} + 1 .

Soient

x, x^{'} \in R

tels que

f (x) = f (x^{'})

. Ceci signifie que

\frac{x}{2} + 1 = \frac{x ^{'}}{2} + 1,

qui après simplification donne

x = x^{'}

. Donc

f

est injective. Ensuite, montrons que tout

y \in R

possède une préimage

x

. En effet, on peut isoler

x

dans

y = f (x) = \frac{x}{2} + 1

, qui donne

x = 2 (y - 1)

. Donc

f

est aussi surjective.
Ainsi,

f

est bijective, et sa réciproque est donnée par

f^{- 1} : R y \to R \mapsto 2 (y - 1) .

Remarquons que l’on peut nommer la variable comme on veut, et on peut donc écrire

f^{- 1} : R x \to R \mapsto f^{- 1} (x) = 2 (x - 1) .

Le graphe de

f^{- 1} (x) = 2 (x - 1)

s’obtient à partir de celui de

f (x) = \frac{x}{2} + 1

, par une réflexion par rapport à la diagonale:

Exemple II.15.

Considérons la fonction “au carré”:

f : R x \to R \mapsto x^{2} .

Puisque

f (- x) = f (x)

pour tout

x

f

n’est pas injective. On peut la rendre injective en restreignant son ensemble de départ, en prenant par exemple

R^{+}

f : R_{+} x \to R \mapsto x^{2} .

Cette fonction est maintenant injective puisque

f (x) = f (x^{'})

est équivalent à

x^{2} - x^{'}^{2} = 0

, c’est-à-dire

(x - x^{'}) (x + x^{'}) = 0

. En se souvenant que

x, x^{'} \in R_{+}

, on voit que cette identité est vérifiée si et seulement si

x = x^{'}

.
On montrera plus tard (voir ici) que

Im (f) = R_{+}

(plus précisément, nous montrerons que pour tout

y \in R_{+}

, il existe un

x \in R_{+}

tel que

x^{2} = y

). Ainsi,

f : R_{+} x \to R_{+} \mapsto x^{2},

est bijective. Sa réciproque est appelée la fonction racine carrée, et s’écrit en général “

\cdot

”:

f^{- 1} : R_{+} y \to R_{+} \mapsto f^{- 1} (y) = y .

Son graphe s’obtient en réfléchissant celui de

f (x) = x^{2}

à travers la diagonale du premier quadrant:

Quiz II.3.1.Vrai ou faux? Si

f : R \to R

est injective, alors

Analyse I / GM