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Bienvenue sur la plateforme du cours d’Analyse 1 (Génie Mécanique), 2026!
Sacha Friedli (CMS, EPFL)

Sacha Friedli (CMS, EPFL)

Physicien de formation, diplômé de l’UNIL (1999), j’ai obtenu mon doctorat à l’Institut de Physique Théorique en 2003. De retour à l’EPFL depuis 2016, j’enseigne principalement en BA1 en automne (Analyse 1 et Algèbre linéaire), à la Mise à Niveau au printemps (Analyse A et Algèbre linéaire et géométrie), ainsi que dans le programme de master en mathématiques (Statistical mechanics and Gibbs measures).

Informations générales

Les cours auront lieu deux fois par semaine:
  • les mercredis de 8h15 à 10h, dans l’auditoire SG1138(appelé généralement “SG1”),
  • les vendredis de 08h15 à 10h, dans l’auditoire CO 1,
Les cours sont rediffusés (live) et enregistrés. Les liens sont disponibles sur la page des streams et enregistrements.
La séance d’exercices a lieu le mercredi, de 10h15 à 12h. Voir les détails logistiques (en particulier: dans quelle salle dois-je me rendre?) sur les séances d’exercices, et les quelques messages importants à propos des quiz et exercices.
D’autres informations:
  • Sur le Matériel didactique qui sera utilisé pendant le semestre.
  • Pour se faire une idée de l’avancement dans le polycopié au fil du semestre, on pourra jeter un oeil à timeline-AN-2022, timeline-AN-2023, qui montre comment le semestre s’est déroulé les années précédentes (il y aura quelques petites différences en 2024, mais peu).
  • Sur les séances du soir.
  • Quelques Dates importantes
Remarque 2.
Si vous êtes sur un écran suffisamment grand, maximisez la largeur de votre browser et le polycopié apparaîtra dans une deuxième colonne à droite.
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1.6 Supremum et infimum

Ici, nous introduirons la propriété cruciale qui différencie les réels des rationnels. En particulier, nous verrons comment cette propriété permet de garantir que dans , l’équation possède bel et bien une solution.
Avant de commencer, il nous faut introduire un peu de terminologie.

1.6.1 Minimum, maximum

L’ordre introduit plus haut sur permet de distinguer certains éléments d’un sous-ensemble de .
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Définition 1.2.
Soit un sous-ensemble non-vide de .
  • Un élément est dit maximal si . On dit aussi que est le maximum de , et on note: .
  • Un élément est dit minimal si . On dit aussi que est le minimum de , et on note: .
Exemple 1.4.
On réalise que quand un ensemble contient un nombre fini d’éléments, alors il possède toujours un minimum et un maximum. En d’autres termes, une liste finie de nombres contient toujours un plus grand et un plus petit élément. Par contre, lorsque l’ensemble possède un nombre infini d’éléments, l’existence d’un minimum ou maximum n’est plus garantie.
Exemple 1.5.
Vu comme sous-ensemble des réels, l’ensemble des entiers possède un élément minimal, , mais il ne possède pas d’élément maximal.
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Exemple 1.6.
Considérons l’ensemble (la couleur, c’est juste pour voir l’ensemble sur le dessin du dessous) de tous les nombres de la forme , où est un entier: Clairement, possède un élément maximal: . En effet, pour tout , et de plus :
Par contre, ne possède pas de minimum. En effet, aucun élément de n’est plus petit que les autres.
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Exemple 1.7.
Soit . D’abord, possède un minimum, donné par . (En effet, pour tout , et .) Par contre, n’a pas de maximum. En effet, pour tout , il existe toujours un autre élément tel que . On peut par exemple prendre , qui est le point milieu entre et :
Donc aucun élément de n’est maximal.
Exemple 1.8.
Considérons le sous-ensemble de : Par définition, est composé de tous les rationnels , tels que . On a donc, par exemple, , , , etc.
n’a pas de minimum puisque pour tout entier , et n’a pas de maximum non plus puisque pour tout , on a aussi

1.6.2 Majorants, minorants

Définition 1.3.
Soit .
  1. est majoré si il existe tel que pour tout ; on dit qu’un tel majore , ou que c’est un majorant pour .
  2. est minoré si il existe tel que pour tout ; on dit qu’un tel minore , ou que c’est un minorant pour .
  3. Si est à la fois majoré et minoré, il est borné.
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Exemple 1.9.
est majoré; , sont des majorants. En fait, n’importe quel majore .
Par contre, n’est pas un majorant; en effet, si on prend par exemple le point , alors , et . est aussi minoré: n’importe quel réel minore .
Informel 1.2.Un ensemble est borné si et seulement si il peut être “rangé dans une boîte”, c’est-à-dire placé à l’intérieur d’un intervalle , où et sont des nombres finis.
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Exemple 1.10.
Vus comme sous-ensembles de ,
  • est minoré puisque pour tout . Par contre n’est pas majoré. En effet, pour tout , il existe un tel que . Nous utiliserons ceci constamment par la suite.
  • n’est ni minoré, ni majoré.

1.6.3 Supremum, infimum

Passons maintenant à la notion essentielle de ce chapitre sur les réels:
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Définition 1.4.
Soit un ensemble non-vide.
Un réel est appelé borne supérieure (ou supremum) de si
  1. majore (c.-à-d. que pour tout ),
  2. est le plus petit majorant de (c.-à-d. que pour tout , il existe tel que ).
Si est supremum de , on le note .
Un réel est appelé borne inférieure (ou infimum) de si
  1. minore (c.-à-d. que pour tout ),
  2. est le plus grand minorant de (c.-à-d. que pour tout , il existe tel que ).
Si est l’infimum de , on le note .
Remarque 1.3.
Il est clair que
  • Si possède un élément maximal, alors .
  • Si possède un élément minimal, alors .
Mais en général, le maximum et le minimum peuvent ne pas exister, alors que le supremum et l’infimum comme on verra, existent toujours dans les réels.
On reformulera souvent la deuxième condition, dans le supremum par exemple, en disant que pour tout il existe un tel que
Informel 1.3.(Interprétation “physique” de l’infimum et du supremum pour un ensemble borné.) On a dit qu’un ensemble borné peut toujours être “rangé dans une boîte” . Et bien parmi toutes les boîtes qui contienne , la plus petite est celle pour laquelle et .
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Exemple 1.11.
Reprenons l’ensemble de tout à l’heure: Puisque et que tout est plus petit ou égal à , est l’élément maximal de , et .
Vérifions maintenant que . D’abord, minore puisque tout nombre de la forme est plus grand ou égal à . Pour montrer que est le plus grand minorant, considérons un nombre quelconque , et montrons que n’est pas un minorant pour . En effet, si , alors il existe un entier tel que , ce qui est équivalent à . Or comme , ceci montre que minore pas .
On a donc bien montré que est le plus grand minorant: .
Exemple 1.12.
Soit encore . On a vu que n’a pas de maximum; montrons maintenant que .
  1. Premièrement, on a pour tout , donc est majoré par .
  2. Deuxièmement, si , alors il existe tel que . En effet, si , n’importe quel suffit. Sinon, si , on peut par exemple prendre .
Ensuite, on a . En effet, est le plus grand minorant:
  1. pour tout , et
  2. pour tout , il existe un tel que

1.6.4 La différence entre et

Passons à l’axiome qui confère à une propriété qui permet de l’utiliser pour faire de l’analyse: Dans ,
  • tout ensemble non-vide majoré possède un supremum,
  • tout ensemble non-vide minoré possède un infimum.
Pour des ensembles qui ne sont pas bornés, la convention suivante est parfois adoptée (ce n’est qu’une notation):
  • Si n’est pas majoré, .
  • Si n’est pas minoré, .
Exemple 1.13.
Calculons l’infimum/supremum de l’ensemble Remarquons pour commencer que Comme on veut , on doit se restreindre à , ce qui donne On a donc , et comme cet ensemble n’est pas majoré, .
Quiz 1.6.1.Soit un ensemble non vide. Si ne majore pas , cela signifie
Quiz 1.6.2.Soit un ensemble non-vide majoré. Si , cela signifie que
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