Cours “Calcul Différentiel et Intégral I”

Wolfgang Bertram 8 décembre 2006

ii

Introduction

Introduction
Le sujet de ce cours est l’étude et l’analyse des fonctions de plusieurs variables, f : Rn → Rm , ou, plus généralement f : V → W , où V et W sont des espaces vectoriels sur R. Pour donner une idée du plan du cours, on peut le diviser en trois parties principales : I. La continuité : Notions de base de la topologie générale. II. Différentiation. III. Eléments d’intégration. Les fonctions que nous allons étudier sont des fonctions « régulières ». Le premier degré de régularité, noté C 0 , est la continuité ; le degré suivant, noté C 1 , est la continue différentiabilité ; encore plus régulières sont les fonctions C 2 , C 3 , ..., puis C ∞ (« lisse »). Ces propriétés seront étudiées en détail dans les parties I et II, et nous dirons aussi quelques mots sur les fonctions les plus régulières qui sont les fonctions analytiques. Quant à la partie III, comme dans le cas d’une variable, l’intégration a deux aspects, a priori complètement différents l’un de l’autre : d’abord, le calcul d’aires (ou de volumes) ; cet aspect est étudié dans la théorie de la mesure qui constitue le sujet d’un autre cours. Ensuite, l’intégration joue aussi le rôle d’une « réciproque de la différentiation » : elle permet de « retrouver le chemin parcouru à partir du relevé de vitesse ». Plus précisément, la recherche de primitives mène au problème beaucoup plus vaste d’« intégrer une équation différentielle », et la relation fondamentale qui existe entre la différentiation et l’intégration en une variable sera généralisée par les célèbres théorèmes de Gauss et de Stokes. Dans la partie III, nous développons des outils qui sont nécessaires pour attaquer ces grands sujets, et qui sont également utilisés dans un grand nombre d’autres théories mathématiques. Passons en revue ces trois parties de l’analyse pour le cas des fonctions réelles d’une variable, et essayons de dégager quelques