Solution approchée d'une équation

On considère la fonction \(f(x)=x^3+x\).

On cherche à déterminer la ou les solutions éventuelles de l'équation \(f(x)=5\).

Question

Montrer que la fonction \(f\) est continue et strictement monotone sur l'intervalle \(I=[1 ;2]\).

Solution

La fonction \(f\) est une fonction usuelle (polynôme) sans problème particulier. Elle est donc définie et continue sur \(\mathbb{R}\).

Pour déterminer ses variations, on s'intéresse au signe de sa dérivée : \(f'(x)=3x^2+1\).

Un carré étant toujours positif, la dérivée \(f'\) est toujours strictement positive et la fonction \(f\) est donc strictement croissante sur \(\mathbb{R}\).

Question

Montrer que l'équation \(f(x)=5\) admet une solution unique sur \(I\).

Solution

  • La fonction \(f\) est continue,

  • La fonction \(f\) est strictement croissante sur \([1 ;2]\),

  • \(f(1)=2\) et \(f(2)=8+2=10\) donc \(f(1)<5<f(2)\)

Cela nous permet d'établir le tableau de variations ci-contre.

Le théorème des valeurs intermédiaires permet donc d'affirmer qu'il existe une unique solution \(c \in [1 ;2]\) tel que \(f(c)=5\).

Question

A l'aide de la calculatrice, déterminer une valeur approchée de la solution de l'équation \(f(x)=5\) à 0,1 près.

Indice

On pourra utiliser la fonction tableau de valeurs.

Solution

L'écran ci-contre reproduit le tableau de valeurs affiché par la calculatrice entre 1 et 2 avec un pas de 0,1

On y voit clairement apparaître que la solution c cherchée est comprise entre 1,5 et 1,6 puisque \(f(1,5)<5<f(1,6)\).

ComplémentPlus de précision ?

Si on cherche une valeur approchée plus précise de la solution, on utilisera à nouveau la fonction table entre 1,5 et 1,6 avec un pas de 0,01 et ainsi de suite.