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Exercice corrigé : Point fixe d'une fonction contractante

Fonctions lipschitziennesThéorème des valeurs intermédiairesConvergence d'une suite récurrente avec majoration de l'erreur

Soit $a < b$ et $f : [a, b] \to [a, b]$ une fonction $k$-lipschitzienne avec $0 \leq k < 1$.

  1. Montrer que $f$ admet au moins un point fixe $c \in [a, b]$.
  2. Montrer que ce point fixe est unique.
  3. Soit $u_0 \in [a, b]$ et $u_{n+1} = f(u_n)$. Montrer que $|u_n - c| \leq k^n(b - a)$ pour tout $n$, et en déduire que $(u_n)$ converge vers $c$.
  4. Application. Montrer que $\cos$ envoie $[0, 1]$ dans $[0, 1]$ et y est $(\sin 1)$-lipschitzienne. En déduire que pour tout $u_0 \in [0, 1]$, la suite $u_{n+1} = \cos u_n$ converge vers l'unique réel $\alpha$ tel que $\cos \alpha = \alpha$.

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Limites et continuité

Notions à revoir

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