3/10 I Limites de fonctions I 1 Limites en l’infini I 1 1 Définitions Soit A,B et L des réels et f une fonction définie sur ℝ • On dit que la limite de f en +∞ est égale à +∞ ssi tout intervalle ]A;+∞[ contient
Les valeurs de la fonction ne permettent pas d'obtenir de limite particulière A Exercice : Approche intuitive [Solution n°1 p 29] Dans cette activité, nous allons étudier plusieurs comportements en l'infini Glisser les différentes courbes dans la catégorie qui leur correspond en fonction du comportement de la fonction en l'infini 1 - 2 - 9
4 OPÉRATIONS SUR LES LIMITES Exemples : 1) Limite en −∞ de la fonction précédente : f(x)=x2 +x Pour lever la forme indéterminée, on change la forme de f(x) f(x)=x2 +x =x2
Chapitre 5 Limites de fonctions I Limites Le cours sur les limites de fonctions est plus volumineux que le cours sur les limites de suites car pour une suite, on envisage uniquement le cas où l’entier n tend vers +∞ : lim n→+∞ u n Pour les fonctions, la variable x peut tendre vers +∞ ( lim x→+∞ f(x)) ou vers −∞ ( lim x
Déterminez lorsque c'est possible, les limites de f g en −∞ , en ∞ , en 0 c)La fonction fg est définie sur ℝ * Déterminer si possible les limites de fg en - ∞ , en + ∞ et en 0 EXERCICE 2: Les tableaux de variation ci-dessous sont ceux des fonctions u et v Etudier la limite de la composée v°u:
Limites de fonctions – Comportement asymptotique - Exercices Notion de limite et asymptotes Exercice 1 Dans chacun des cas suivants, on donne la représentation graphique d’une fonction f ainsi que les éventuelles asymptotes En déduire : - le domaine de définition de f - les limites aux bornes de l’ensemble de définition Exercice 2
=+∞, comme produit de n limites infinies Soit : lim 3→56 O+ +Q=+∞ Remarque : Dans le cas de limites infinies, la fonction exponentielle impose sa limite devant les fonctions puissances Sa croissance est plus rapide Exemple : Comparaison de la fonction exponentielle et de la fonction + +e dans différentes fenêtres graphiques
Soit la fonction f(x) suivante On vous demande de calculer la limite de cette fonction pour x tendant vers l'infini Correction : forme indéterminée En prenant les monômes de plus haut degré, et en les simplifiant on a : Exercice 2 : Soit la fonction f(x) suivante On vous demande de calculer la limite de cette fonction pour x tendant vers 2
Fonctions usuelles – Limites I) Généralités • Dans tout ce cours, I désignera un intervalle de Y (intervalle ouvert, fermé, semi-ouvert ) • Si I = [a, b], on appellera I un segment de Y • On considère la fonction f allant de I dans Y telle que pour tout x de I, il existe un unique réel y tel que y = f(x)
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Limites de fonctions
Table des matières
1 Limite finie ou infinie à l"infini2
1.1 Limite finie à l"infini. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Limite infinie à l"infini. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Limite infinie en un point3
3 Limites des fonctions élémentaires4
4 Opérations sur les limites4
4.1 Somme de fonctions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.2 Produit de fonctions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
4.3 Quotient de fonctions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4.4 Conclusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
5 Limite d"une fonction composée6
6 Théorèmes de comparaison8
PAULMILAN1 TERMINALES
TABLE DES MATIÈRES
1 Limite finie ou infinie à l"infini
1.1 Limite finie à l"infini
Définition 1 :Dire qu"une fonctionf
a pour limite?en+∞, signifie que tout intervalle ouvert contenant?, contient toutes les valeurs def(x)pourxassez grand - c"est à dire pour lesxd"un in- tervalle]A;+∞[. On note alors : lim x→+∞f(x) =? A xOC fΔ La droiteΔd"équationy=?est diteasymptote horizontaleàCf Remarque :On définit de façon analogue limx→-∞f(x) =?. Exemple :Les fonctions de référence :x?→1 x,x?→1xnetx?→1⎷xont des limites nulles en+∞et-∞pour les deux premières. Leurs courbes admettent alors l"axe des abscisses comme asymptote horizontale.
1.2 Limite infinie à l"infini
Définition 2 :Dire qu"une fonction
fa pour limite+∞en+∞, signifie que tout intervalle]M;+∞|contient toutes les valeurs def(x)pourxassez grand - c"est à dire pour lesxd"un intervalle ]A;+∞[. On note alors : lim x→+∞f(x) = +∞ A]M Cf O Remarque :Cela implique que la fonctionfn"est pas majorée On définit de façon analogue limx→-∞f(x) = +∞. Ainsi que : limx→+∞f(x) =-∞et limx→-∞f(x) =-∞ Exemple :Les fonctions de référence :x?→x,x?→xnetx?→⎷ xont pour limite +∞en+∞. La fonction de référence :x?→xna pour limite+∞en-∞sinest pair et-∞en -∞sinest impair.
PAULMILAN2 TERMINALES
2. LIMITE INFINIE EN UN POINT
Une fonction peut tendre vers+∞en
+∞de plusieurs façons. C"est le cas par exemple des fonctionsx?→x2,x?→xet x?→⎷ x.
x?→x2tend "rapidement" vers l"in-
fini. La concavité est tournée vers le haut.
x?→xtend "moyennement" vers l"in-
fini. Pas de concavité.
x?→⎷xtend "lentement" vers l"in-
fini. La concavité est tournée vers le bas
Trois façons de
tendre vers+∞ ⎷x x x2 O
2 Limite infinie en un point
Définition 3 :Dire qu"une fonction
fa pour limite+∞ena, signifie que tout intervalle]M;+∞|contient toutes les valeurs def(x)pourxassez proche dea- c"est à dire pour lesxd"un inter- valle ouvert contenanta. On note alors : lim x→af(x) = +∞
La droiteΔd"équationx=aest dite
asymptote verticaleàCf a[]C fM O Remarque :on définit de façon analogue limx→af(x) =-∞
On peut aussi définir la limite à gauche
ou à droite dex=alorsque la limite en x=an"existe pas. On notera alors : limite à gauche : lim x→ax
af(x) Exemple :La fonctionx?→1
x2a pour limite+∞en 0. La fonctionx?→1 xn"admet pas de limite en 0, mais admetune limite à gauche (-∞)et à droite (+∞) de 0. 1 x2 1 xO limite à droite
Limite
à gauche
PAULMILAN3 TERMINALES
TABLE DES MATIÈRES
3 Limites des fonctions élémentaires
Limites en l"infini
f(x)xn1 xn ⎷x1⎷x limx→+∞f(x)+∞0+∞0 limx→-∞f(x)+∞sinpair -∞sinimpair0non défininon défini Limites en 0
f(x)1 xn 1⎷x
limx→0x>0f(x)+∞+∞ limx→0x<0f(x)+∞sinpair -∞sinimpairnon défini 4 Opérations sur les limites
4.1 Somme de fonctions
Sifa pour limite???+∞-∞+∞
Siga pour limite??+∞-∞+∞-∞-∞ alorsf+ga pour limite?+??+∞-∞+∞-∞F. Ind. Exemples :
1) Limite en+∞de la fonctionfdéfinie surR?par :f(x) =x+3+1
x lim x→+∞x+3= +∞ lim x→+∞1 x=0????? Par somme
lim x→+∞f(x) = +∞ 2) Limite en+∞et-∞de la fonctionfdéfinie surRpar :f(x) =x2+x
lim x→+∞x2= +∞ lim x→+∞x= +∞??? Par somme
lim x→+∞f(x) = +∞ lim x→-∞x2= +∞ lim x→-∞x=-∞??? Par somme, on ne peut conclure
Forme indéterminée :+∞-∞
4.2 Produit de fonctions
Sifa pour limite???=00∞
Siga pour limite??∞∞∞
alorsf×ga pour limite?×??∞*F. ind.∞* *Appliquer la règle des signes PAULMILAN4 TERMINALES
4. OPÉRATIONS SUR LES LIMITES
Exemples :
1) Limite en-∞de la fonction précédente :f(x) =x2+x
Pour lever la forme indéterminée, on change la forme def(x). f(x) =x2+x=x2? 1+1 x? On a alors avec le produit :
lim x→-∞x2= +∞ lim x→-∞1+1 x=1????? Par produit
lim x→-∞f(x) = +∞ 2) Limite en+∞de la fonction définie surR+par :f(x) =x-⎷
x On ne peut résoudre par la somme car c"est une forme indéterminée,on chan- ge alors la forme def(x) f(x) =x-⎷ x=x? 1-1⎷x?
lim x→+∞x= +∞ lim x→+∞1-1 ⎷x=1????? Par produit
lim x→+∞f(x) = +∞ 3) Limite à droite de 0 de la fonction définie surR?par :f(x) =1
xsinx lim x→0x>01 x= +∞ lim Par produit, on ne peut conclure
Forme indéterminée0×∞
4.3 Quotient de fonctions
Sifa pour limite???=00?∞∞
Siga pour limite???=00(1)0∞??(1)∞
alorsfga pour limite ??∞*F. ind.0∞*F. ind. *Appliquer la règle des signes (1) doit avoir un signe constant Exemples :
1) Limite en-2 de la fonction définie surR-{-2}par :f(x) =2x-1
x+2 On a le tableau de signes dex+2 :
x x+2 -∞-2+∞ 0+ PAULMILAN5 TERMINALES
TABLE DES MATIÈRES
limx→-22x-1=-5 lim x→-2x>-2x+2=0+ lim lim x→-2x>-2f(x) =-∞ lim x→-2x<-2f(x) = +∞ On en déduit alors une asymptote verticale d"équationx=-2. 2) Limite en+∞de la fonctionfdéfinie par :f(x) =2x+1
3x+2 Comme le numérateur et le dénominateur tendent vers l"infini en+∞, nous avons une forme indéterminée :∞ ∞. Il faut donc changer la forme def(x). f(x) =2x+1 3x+2=x?
2+1 x? x? 3+2x? =2+1 x 3+2x On a alors :
limx→+∞2+1 x=2 lim x→+∞3+2 x=3??????? Par quotient
lim x→+∞f(x) =23 4.4 Conclusion
Il existe donc quatre formes indéterminées (comme avec les limites de suites) où les opérations sur les limites ne permettent pas de conclure. Dans les cas d"indé- termination, il faudra chercher à mettre le terme du plus haut degré enfacteur (pour les polynômes et les fonctions rationnelles), à simplifier, à multiplier par la quantité conjuguée (pour les fonctions irrationnelles), à utiliser un théorème de comparaison, à effectuer un changement de variable ... 5 Limite d"une fonction composée
Théorème 1 :Soit deux fonctionsf,g. Soienta,betcdes réels ou+∞ou-∞. Si lim
x→ af(x) =bet limx→bg(x) =calors limx→ag[f(x)]=c Exemples :Déterminer les limites suivantes :
1) lim
x→+∞h(x)avech(x) =? 2+1x2 2) lim
x→+∞k(x)aveck(x) =cos?1 x2+1? PAULMILAN6 TERMINALES
5. LIMITE D"UNE FONCTION COMPOSÉE
1) On posef(x) =2+1x2etg(x) =⎷x. On a alors :h(x) =g[f(x)].
On calcule alors les limites :
lim x→+∞2+1 x2=2 lim x→2⎷ x=⎷2??????? Par composition, on a :
lim x→+∞h(x) =⎷2 Remarque :On peut éventuellement rédiger en faisant un changement de variable. On pose : X=2+1 x2donch(x) =⎷X On a alors :
lim x→+∞X=limx→+∞2+1 x2=2 lim X→2⎷
X=⎷2???????
Par composition, on a :
lim x→+∞h(x) =⎷2 2) On posef(x) =1
x2+1etg(x) =cosx. On a alors :k(x) =g[f(x)]. lim x→+∞1 x2+1=0 lim x→0cosx=1????? Par composition, on a :
lim x→+∞k(x) =1 Théorème 2 :Limites fonctions et suites
Soit une suite(un)définie par :un=f(n).fest alors la fonction réelle associée à la suite(un). Soitaun réel ou+∞ou-∞ Si lim
x→+∞f(x) =aalors limn→+∞un=a Exemple :Soit la suite(un)définie pour toutn?N?par :un=?2+1n2. Soitfla fonction définie sur]0;+∞[par :f(x) =? 2+1x2.
On a vu plus haut que : lim
x→+∞f(x) =⎷ 2 On en déduit que la suite(un)converge vers⎷ 2 ?La réciproque de ce théorème est fausse. On peut en effet avoir une suite(un) qui admet une limite sans que la fonction associée en admette une. Pour s"en convaincre : Soit la fonctionfdéfinie surRpar :?f(x) =2 six?N f(x) =1 sinon La limite defen+∞n"existe manifestement pas tandis que la suite(un)définie parun=f(n) =2 admet, elle, comme limite 2! PAULMILAN7 TERMINALES
TABLE DES MATIÈRES
6 Théorèmes de comparaison
Théorème 3 :f,g, ethsont trois fonctions définies sur l"intervalleI=]b;+∞[ et?un réel. 1)Théorème des " Gendarmes»Sipour toutx?I, on a :g(x)?f(x)?h(x)et si:
lim x→+∞g(x) =limx→+∞h(x) =?alors limx→+∞f(x) =? 2)Théorème de comparaisonSipour toutx?Ion a :f(x)?g(x)et si:
lim x→+∞g(x) = +∞alors limx→+∞f(x) = +∞ Remarque :Énoncés analogues en-∞avecI=]-∞;b[et en un réelaavecI un intervalle ouvert contenanta. Démonstration :
1) Théorème des gendarmes : en+∞
On sait que : lim
x→+∞g(x) =limx→+∞h(x) =? D"après la définition des limites, tout intervalle ouvertJcontenant?, contient toutes les valeurs deg(x)eth(x)pourxassez grand. Commeg(x)?f(x)?h(x)il en est de même pourf(x).
Conclusion : lim
x→+∞f(x) =? 2) Théorème de comparaison : en+∞
les valeurs deg(x)pourxassez grand. Commef(x)?g(x)il en est de même pourf(x).
Conclusion : lim
x→+∞f(x) = +∞ Exemples :
1) Déterminer la limite def(x) =sinx
xen+∞ 2) Déterminer la limite deg(x) =x+cosxen+∞
PAULMILAN8 TERMINALES
6. THÉORÈMES DE COMPARAISON
1) Pour toutxpositif, on a :
-1?sinx?1, donc : ?x>0-1 x?f(x)?1x or on sait que : lim x→+∞-1 x=0 et limx→+∞1x=0 D"après le théorème des Gendarmes,
on a : limx→+∞f(x) =0 1 -1101 x -1x Cf O 2) On a :?x?Rcosx?-1, donc :
?x?Rx+cosx?x-1 or on sait que : lim x→+∞x-1= +∞, donc d"après le théorème de compa- raison, on a : limquotesdbs_dbs18.pdfusesText_24
Limites de fonctions