Mathématiques : 1Bac SM

Séance 10-1-1 : Limite d'une fonction numérique - Partie 1 (Cours)

 

 

Professeur : Mr CHEDDADI Haitam

 

Sommaire

 

I- Limite finie d'une fonction numérique en un point

1-1/ Fonction définie au voisinage d'un nombre réel

1-2/ Limite nulle en zéro d'une fonction numérique

1-3/ Limite finie d'une fonction numérique en un point

1-4/ Limite de quelques fonctions usuelles en un point

1-5/ Limite à droite - Limite à gauche

II- Limite infinie d'une fonction numérique en un point

2-1/ Limite infinie d'une fonction numérique en zéro

2-2/ Limite infinie d'une fonction numérique en un point

III- Limite finie d’une fonction numérique en + et -

3-1/ Limite nulle d’une fonction numérique en + et -

3-2/ Limite finie d’une fonction numérique en + et -

IV- Limite infinie d'une fonction en + et -

4-1/ Introduction

4-2/ Limites infinies et ordre

 


I- Limite finie d'une fonction numérique en un point

 

1-1/ Fonction définie au voisinage d'un nombre réel

Définition

Soit f une  fonction fonction numérique et Df son ensemble de définition et a un nombre réel.

- On dit que f est définie au voisinage de a sauf peut-être en a s'il existe un réel r strictement positif tel que :

]a-r;a+r[-aDf

- On dit que f est définie au voisinage de a à droite s'il existe un réel r strictement positif tel que :

]a;a+r[Df

- On dit que f est définie au voisinage de a à gauche s'il existe un réel r strictement positif tel que :

]a-r;a[Df

 

 

1-2/ Limite nulle en zéro d'une fonction numérique

Définition

Soit f une fonction numérique définie au voisinage de zéro sauf peut-être en 0.

Dire que f a pour limite 0 quand x tend vers 0 signifie : aussi petit que soit le réel strictement positif ε, il existe un réel α>0 tel que pour tout x]-α;α[fx est dans l'intervalle ]-ε;ε[.

Autrement dit : ε>0α>0 ; xDf 0<x<αfx<ε

On écrit : limx0fx=0 ou lim0fx=0

 

 

Applications
  1. Montrer en utilisant la définition que :

limx0x2+x=0 limx0x2x+1=0 limx03x2x2+1=0limx02x+x2-x3=0

 

 

Proposition

Soit f et u deux fonctions définies sur un ensemble de la forme I=]-r;r[r+*.

Alors : xI fxuxlimx0ux=0limx0fx=0

 

 

Remarques

- Pour tous k et n*limx0kxn=0 et limx0kx=0

- La limite d’une fonction en 0 est une notion locale : elle ne dépend de la fonction qu’au voisinage de 0. C’est pourquoi on peut considérer : x]-1;1[ ou x]-12;12[ ou n’importe quel intervalle ouvert centré en 0 inclus dans le ensemble de définition de la fonction étudiée.

- On peut avoir limx0fx=0 sans que la fonction f soit définie en 0.

 

 

Applications
  1. Calculer les limites suivantes :

1 limx0sin1x22 limx0xcosπx3

  1. Justifier que x]-1;1[ : 2x3-3x3x, puis déterminer : limx02x3-3x
  1. Justifier que x-1;1 : x-x2x, puis déterminer : limx0x-x2

On considère la fonction f définie sur * par : fx=1+x2-1x

  1. a- Montrer que : x* : fxx
  1. b- En déduire : limx0fx

 

 

1-3/ Limite finie d'une fonction numérique en un point

Définition

Soit f une fonction numérique définie au voisinage d'un réel a et l.

Dire que f a pour limite l quand x tend vers a signifie : aussi petit que soit le réel strictement positif ε, il existe un réel α>0 tel que pour tout x]a-α;a+α[fx est dans l'intervalle ]l-ε;l+ε[.

Autrement dit : ε>0α>0 ; xDf 0<x-a<αfx-l<ε

On écrit : limxafx=l ou limafx=l

Remarque

En posan x-a=h, on obtient : limxafx=llimh0fa+h=l

 

 

Applications
  1. Montrer en utilisant la définition que :

1 limx13x2-5x+1=-12 limx-12x+1x-1=123 limx24x+1=3

  1. Déterminer les limites suivantes :

1 limx23x+32 limx1x3-43 limx-2x+12x+1

 

 

Proposition

Soit f et u deux fonctions définies sur un ensemble de la forme I=]a-r;a+r[-ar+*, a et l.

Alors : xI fx-luxlimxaux=0limxafx=l

Remarques

Pour tout a;k2 et n*limxakx-an=0 et limxakx-a=0

Si la limite d'une fonction numérique f existe en un point, alors elle est unique.

 

 

Applications

Soit f la fonction numérique définie sur  par : fx=2x1+x2

  1. a- Prouver que : x fx-1x-12
  1. b- En déduire : limx1fx=1

 

 

1-4/ Limite de quelques fonctions usuelles en un point

Proposition

Soit P et Q deux fonctions polynomiales et a.

Alors :

1 limxaPx=Pa2 limxasinx=sina3 limxacosx=cosa 4 Si Qa0, alorslimxaPxQx=PaQa5 Si aπ2+kπ k, alorslimxatanx=tana6 Si a>0, alorslimxax=a

 

 

Applications
  1. Calculer les limites suivantes :
1 limx-2x2-7x-12 limx-1x2018-x2017+23 limx-3x3-5x2+x+14 limx32x2-3x-9x-15 limx32x2+x2x-1 6 limx-2x3-6x2+5x+4x2+4x+37 limx3x-231-x28 limx22x-1x2-5x+35x2-61-x+x29 limxπ4sinx10 limx-π4tanx

 

 

1-5/ Limite à droite - Limite à gauche

Définition

Soit r un réel strictement positif et a.

- On dit qu'une fonction f, définie sur l'intervalle x]a;a+r[, admet une limite finie l en a à droite, si les valeurs de fx s'approchent de plus en plus de l, lorsque x s'approche de plus en plus de a en prenant des valeurs supérieures à a.

Autrement dit : ε>0α>0 ; xDf 0<x-a<αfx-l<ε

Ce réel l, s'il existe, est unique. Il est noté : l=limxax>afx ou l=limxa+fx

- On dit qu'une fonction f, définie sur l'intervalle x]a;a+r[, admet une limite finie l en a à gauche, si les valeurs de fx s'approchent de plus en plus de l, lorsque x s'approche de plus en plus de a en prenant des valeurs inférieures à a.

Autrement dit : ε>0α>0 ; xDf -α<x-a<0fx-l<ε

Ce réel l, s'il existe, est unique. Il est noté : l=limxax<afx ou l=limxa-fx

 

 

Applications
  1. Étudier la limite de la fonction f au point a dans les cas suivants (Ex est la partie entière de x) :

1 fx=x2-4x2-2x et a=22 fx=x2-2xx+2 ; x0fx=Ex ; x<0 et a=0

 

II- Limite infinie d'une fonction numérique en un point

 

2-1/ Limite infinie d'une fonction numérique en zéro

Définition

Soit f une fonction numérique définie au voisinage de 0 sauf peut-être en 0.

- Dire que f a pour limite + en 0 signifie que fx est supérieur à tout réel A>0, quitte à attribuer au réel x des valeurs suffisamment proches de 0.

Autrement dit : A>0 α>0 ; xDf 0<x<αfx>A

On écrit : limx0fx=+ ou lim0fx=+

- Dire que f a pour limite - en 0 signifie que fx est inférieur à tout réel -A<0 quitte à attribuer au réel x des valeurs suffisamment proches de 0.

Autrement dit : A>0 α>0 ; xDf 0<x<αfx<-A

On écrit : limx0fx=- ou lim0fx=-

 

 

Remarques

Soit k+* et n*.

On a les limites suivantes :

limx0+kxn=+ et limx0+kx=+

limx0-kxn=+ si  l’entier n est pair.

limx0-kxn=- si  l’entier n est impair.

 

 

Proposition

Soit f et u deux fonctions définies sur un ensemble de la forme I=]-r;r[-0r+*.

- Si pour tout xIfxux et limx0ux=+, alors : limx0fx=+

- Si pour tout xIfxux et limx0ux=-, alors : limx0fx=-

Ces propriétés restent aussi valables quand x tend vers 0 à droite ou à gauche.

 

 

Applications
  1. Calculer les limites suivantes :
1 limx0-1-x+x2x32 limx0+x2+1x 3 limx0-2x-1+cos2x4 limx01x4-sinπx

 

 

2-2/ Limite infinie d'une fonction numérique en un point

Définition

Soit f une fonction numérique définie au voisinage de a sauf peut-être en a.

- Dire que f a pour limite + en a signifie que fx est supérieur à tout réel A>0, quitte à attribuer au réel x des valeurs suffisamment proches de a.

Autrement dit : A>0 α>0 ; xDf 0<x-a<αfx>A

On écrit : limxafx=+ ou limafx=+

- Dire que f a pour limite - en a signifie que fx est inférieur à tout réel -A<0 quitte à attribuer au réel x des valeurs suffisamment proches de a.

Autrement dit : A>0 α>0 ; xDf 0<x-a<αfx<-A

On écrit : limxafx=- ou limafx=-

 

 

Remarques

- Dire que f a pour limite + en a signifie que la limite de la fonction hfa+h quand h tend vers 0 est égale à +.

Ainsi, on a l’équivalence : limxafx=+limh0fa+h=+

De même, on a les équivalences suivantes :

limxafx=-limh0fa+h=-limxa+fx=+limh0+fa+h=+limxa+fx=-limh0+fa+h=-limxa-fx=+limh0-fa+h=+limxa-fx=-limh0-fa+h=-

- Soit a et n*.

On a les limites suivantes :

  • limxa+1x-a=+  ;   limxa-1x-a=-
  • limxa1x-a2=+  ;   limxa+1x-a=+
  • Si n est un entier pair : limxa1x-an=+
  • Si n est un entier impair : limxa+1x-an=+ et limxa-1x-an=-

 

 

Applications
  1. Calculer les limites suivantes :
1 limx-13x+122 limx3+1x-33 limx-1tan2x+1x+124 limx1+x3-1x-13 5 limx2-1x-2-sin2x-226 limx1-1+1x×1x-120197 limx-4-Exx+43

 

III- Limite finie d’une fonction numérique en + et -

 

3-1/ Limite nulle d’une fonction numérique en + et -

Définition

Soit f une fonction numérique et Df son ensemble de définition.

- On dit que f est définie au voisinage de + (resp. -) si son ensemble de définition contient au moins un intervalle de la forme ]A;+[ (resp. de la forme ]-;A[).

- On dit que f définie au voisinage de + (resp. -) admet en + (resp. en -) une limite nulle si, pour xDffx peut être rendu aussi petit que l'on veut à condition que x (resp. -x) soit suffisamment grand.

On écrit : limx+fx=0 ou lim+fx=0 (resp. limx-fx=0 ou lim-fx=0)

On a donc :

limx+fx=0ε>0 B>0 ; xDf x>Bfx<εlimx-fx=0ε>0 B>0 ; xDf x<-Bfx<ε

 

 

Remarques

- De la définition précédente, on obtient l’équivalence :

limx-fx=0limx+f-x=0

- Soit k et n*.

On a les limites suivantes :

limx+kxn=0 ; limx-kxn=0limx+kx=0 ; limx-k-x=0

- Lorsqu’on écrit limx+fx=0, cela signifie que limx+fx=0 et limx-fx=0.

 

 

3-2/ Limite finie d’une fonction numérique en + et -

Définition

- Soit f une fonction définie au voisinage de + et l un nombre réel.

On dit que la fonction f a pour limite l quand x tend vers + si la limite de la fonction xfx-l est nulle quand x tend vers +.

On écrit : limx+fx=l ou lim+fx=l

Autrement dit :

limx+fx=lε>0 B>0 ; xDf x>Bfx-l<ε

- Soit f une fonction définie au voisinage de - et l un nombre réel.

On dit que la fonction f a pour limite l quand x tend vers - si la limite de la fonction xfx-l est nulle quand x tend vers -.

On écrit : limx-fx=l ou lim-fx=l

Autrement dit :

limx-fx=lε>0 B>0 ; xDf x<-Bfx-l<ε

 

 

Proposition

- Soit f et u deux fonctions définies au voisinage de + et l un nombre réel.

Si pour tout xIfx-lux et limx+ux=0, alors : limx+fx=l

- Soit f et u deux fonctions définies au voisinage de - et l un nombre réel.

Si pour tout xIfx-lux et limx-ux=0, alors : limx-fx=l

 

 

Applications
  1. Montrer en utilisant la définition que : limx+-1+13x=-1
  1. Calculer les limites suivantes :

1 limx+3x4-2x4+42 limx-3x2+2+cosxx23 limx+3-πxx

Soit la fonction h : x2x2-sin2πxx2.

  1. Calculer limx+hx et limx-hx.

On considère la fonction f définie sur * par : fx=1+cosx-1x2

  1. a- Vérifier que pour tout x* : fx=cosx1+1+cosx×1x2
  1. b- En déduire que pour tout x* : fx1x2, puis déterminer limx+fx et limx-fx.

 

IV- Limite infinie d'une fonction en + et -

 

4-1/ Introduction

Définition

- Soit f une fonction définie au voisinage de +.

On a les deux équivalences suivantes :

limx+fx=+A>0 B>0 ; xDf x>Bfx>Alimx+fx=-A>0 B>0 ; xDf x>Bfx<-A

- Soit f une fonction définie au voisinage de -.

On a les deux équivalences suivantes :

limx-fx=+A>0 B>0 ; xDf x<-Bfx>Alimx-fx=-A>0 B>0 ; xDf x<-Bfx<-A

 

 

Remarques

Soit n*.

On a les limites suivantes :

- limx+xn=+

limx-xn=+ si l'entier n est pair. et limx-xn=- si l'entier n est impair.

 

 

4-2/ Limites infinies et ordre

Proposition

Soit f et u deux fonctions définies au voisinage de +.

- Si pour tout xIfxux et limx+ux=+, alors : limx+fx=+

- Si pour tout xIfxux et limx+ux=-, alors : limx+fx=-

Soit f et u deux fonctions définies au voisinage de -.

- Si pour tout xIfxux et limx-ux=+, alors : limx-fx=+

- Si pour tout xIfxux et limx-ux=-, alors : limx-fx=-

 

 

Applications

On considère la fonction : f:x5x2+xx2+1

  1. a- Vérifier que pour tout x+ : fx5x2,  puis en déduire limx+fx.
  1. b- Montrer que : limx-fx=+

On considère la fonction : g:xx+1-sin2x+1

  1. a- Vérifier que : x xgx
  1. b-En déduire limx+gx et limx-gx.
  1. Calculer les limites suivantes :

1 limx-x22+sinx2 limx+x-1+cosx3 limx+2x-Ex