Informel 8.2.Supposons qu’une fonction ait un “trou” dans son domaine, au point x0. Si l’on veut étendre le domaine de cette fonction, de façon à ce que son domaine contienne aussi x0, comment doit-on définir f(x0)?
Soit I un intervalle, x0∈I, et soit I′:=I∖{x0}. On obtient donc I en rajoutant à I′ le point x0. Soit maintenant une fonction f:I′→R, c’est-à-dire définie sur I à l’exception du point x0. Si on veut étendre le domaine de f à tout I, il faut choisir une valeur pour f(x0). Ce choix est a priori arbitraire, mais une façon naturelle de le faire est de donner à f, au point x0, une valeur qui est semblable à celles qu’elle prend dans le voisinage de x0. Plus précisément: si le nombre L=x→x0limf(x) existe, il est naturel de l’utiliser pour définir la valeur de f au point x0: f(x0):=L. Cette procédure est surtout utilisée dans le cas où f est, au départ, continue en tout point de I′:
Si la limite L existe, la nouvelle fonction f:Ix→R↦{f(x)L si x=x0, si x=x0. est continue en tout point de I; elle s’appelle la prolongée de f par continuité:
Informel 8.3.Du point de vue du graphe, on est parti d’une fonction qui était déjà continue en tous les points de I′, et l’existence de L a permis de simplement “boucher le trou”, pour rendre la fonction continue sur tout I.
Exemple 8.5.
Considérons la fonction f:R∖{3}→R, définie par f(x):={4−xx−2 si x<3, si x>3. On a montré précédemment que f est continue en tout point x=3. On a aussi calculé x→3limf(x)=1. On peut donc prolonger cette fonction par continuité à tout R, en définissant f(x):=⎩⎨⎧4−x1x−2 si x<3, si x=3, si x>3.
Exemple 8.6.
Considérons f:R∗→R, définie par f(x):=xsin(x).
Clairement, f est continue en tout point x0∈R∗. On sait que x→0limf(x)=x→0limxsin(x)=1, donc f peut être prolongée par continuité à tout R. Sa prolongée est donnée par f(x)={xsin(x)1 si x=0, si x=0.
Informel 8.4.On ne peut pas toujours, comme dans les deux exemples précédents, “boucher le trou” pour rendre une fonction continue partout:
Exemple 8.7.
Soit f:R∗→R définie par f(x):={01 si x<0, si x>0.
Alors f est continue en tout point de R∗, Mais comme limx→0f(x) n’existe pas (puisque limx→0−f(x)=0 est différent de limx→0+f(x)=1), cette fonction ne peut pas être prolongée par continuité.
Quiz 8.2.1.Soit x0∈]−1,1[ et soit f une fonction continue en chaque point de ]−1,1[∖{x0}. Vrai ou faux?