Les limites d'une fonction numérique
Dire que signifie que les valeurs de deviennent aussi proches de que l'on veut, pourvu que soit suffisamment proche de . La notion de limite est le socle de toute l'analyse du baccalauréat : continuité, dérivation, asymptotes et calcul intégral en découlent.
À la fin de ce chapitre, vous saurez
- Calculer une limite en un point et en l'infini
- Utiliser les opérations sur les limites et reconnaître les quatre formes indéterminées
- Lever une indétermination par factorisation, par la quantité conjuguée ou par le terme dominant
- Déterminer les asymptotes d'une courbe à partir des limites
PrérequisLes limites étudiées en 1ère Bac · La factorisation et les identités remarquables · L'étude du signe d'un trinôme du second degré
Un bon cours, ça se partage.
Limite en l'infini
Définition
Limite finie en : On dit que admet pour limite le réel en , et on note , lorsque tout intervalle ouvert contenant contient toutes les valeurs dès que est assez grand.
Propriété
Limites usuelles en
Pour tout entier : , et .
Propriété
Limite d'un polynôme et d'une fraction rationnelle en l'infini
En et en , un polynôme a la même limite que son terme de plus haut degré, et une fraction rationnelle la même limite que le quotient des termes de plus haut degré du numérateur et du dénominateur.
Exemple
Calculer .
- Le numérateur et le dénominateur tendent tous deux vers : c'est une forme indéterminée .
- On applique la règle du terme dominant : .
- Donc .
Attention
La règle du terme dominant ne vaut qu'en l'infini. En un point fini, elle donne systématiquement un résultat faux : il faut alors factoriser.
Limite en un point
Lorsque est définie en et continue en ce point, la limite se calcule par simple substitution : . Le travail réel commence quand la substitution donne une forme indéterminée.
Définition
Limite à droite, limite à gauche : désigne la limite lorsque tend vers en restant strictement supérieur à , et lorsque reste strictement inférieur à . La limite en existe si et seulement si ces deux limites existent et sont égales.
Limites à gauche et à droite
Étudier les limites de en .
- Si , alors en restant positif, donc .
- Si , alors en restant négatif, donc .
- Les deux limites diffèrent : n'admet pas de limite en , mais la droite d'équation est asymptote verticale à la courbe.
Les quatre formes indéterminées
| Forme | Exemple typique | Technique de levée |
|---|---|---|
| quantité conjuguée, ou factorisation par le terme dominant | ||
| terme de plus haut degré | ||
| réécriture en quotient, puis simplification | ||
| factorisation par , puis simplification |
Lever une indétermination de la forme 0/0
Méthode
Méthode
- Vérifier que annule bien le numérateur et le dénominateur.
- Factoriser chacun des deux par : identité remarquable, racine évidente, ou division par .
- Simplifier la fraction par , ce qui est légitime car .
- Calculer la limite de l'expression simplifiée par substitution.
Exemple
Calculer .
- En , numérateur et dénominateur s'annulent : forme .
- Numérateur : .
- Dénominateur : , car les racines du trinôme sont et .
- Après simplification par : , dont la limite en vaut .
Lever une indétermination avec une racine carrée
Quand une racine carrée produit une forme ou , on multiplie par la quantité conjuguée : l'identité fait alors disparaître la racine.
Exemple
Calculer .
- C'est une forme . On multiplie et divise par la quantité conjuguée .
- Le numérateur devient .
- L'expression vaut donc . Pour , on factorise au dénominateur : .
- On obtient , dont la limite vaut .
Limites et asymptotes
Propriété
Les trois types d'asymptotes
Si , la droite est asymptote verticale. Si , la droite est asymptote horizontale. Si , la droite est asymptote oblique.
Remarque
Pour une fraction rationnelle dont le degré du numérateur dépasse d'exactement celui du dénominateur, l'asymptote oblique s'obtient par division euclidienne : le quotient donne , le reste tend vers .
Propriété
Théorème de comparaison
Si au voisinage de et si , alors . De même, si avec , alors : c'est le théorème des gendarmes.
Questions fréquentes
Qu'est-ce qu'une limite en mathématiques ?
Quelles sont les quatre formes indéterminées ?
Comment lever une forme indéterminée 0/0 ?
Comment trouver une asymptote oblique ?
Pourquoi la règle du terme de plus haut degré ne marche-t-elle qu'en l'infini ?
Quiz : 20 questions sur ce chapitre
20 questions tirées au hasard parmi les 20 de ce chapitre : le quiz est différent à chaque visite. Une seule réponse est correcte, et vous voyez immédiatement si la vôtre l'est.
Q1 vaut :
Réponse incorrecte
devient aussi grand qu'on veut.
Bonne réponse :
devient aussi grand qu'on veut.
Q2 vaut :
Réponse incorrecte
L'inverse d'un nombre très grand est très proche de .
Bonne réponse :
L'inverse d'un nombre très grand est très proche de .
Q3 vaut :
Réponse incorrecte
Le polynôme se comporte comme .
Bonne réponse :
Le polynôme se comporte comme .
Q4 vaut :
Réponse incorrecte
Quotient des termes dominants : .
Bonne réponse :
Quotient des termes dominants : .
Q5 est :
Réponse incorrecte
Les opérations sur les limites ne permettent pas de conclure.
Bonne réponse : une forme indéterminée
Les opérations sur les limites ne permettent pas de conclure.
Q6 vaut :
Réponse incorrecte
.
Bonne réponse :
.
Q7En , donne la forme :
Réponse incorrecte
Le numérateur et le dénominateur s'annulent en .
Bonne réponse :
Le numérateur et le dénominateur s'annulent en .
Q8 vaut :
Réponse incorrecte
Après simplification, on obtient .
Bonne réponse :
Après simplification, on obtient .
Q9 vaut :
Réponse incorrecte
Le dénominateur tend vers par valeurs positives.
Bonne réponse :
Le dénominateur tend vers par valeurs positives.
Q10 vaut :
Réponse incorrecte
Le dénominateur tend vers par valeurs négatives.
Bonne réponse :
Le dénominateur tend vers par valeurs négatives.
Q11Si , la droite est :
Réponse incorrecte
Une limite infinie en un point donne une asymptote verticale.
Bonne réponse : asymptote verticale
Une limite infinie en un point donne une asymptote verticale.
Q12Si , la droite est :
Réponse incorrecte
Une limite finie en l'infini donne une asymptote horizontale.
Bonne réponse : asymptote horizontale
Une limite finie en l'infini donne une asymptote horizontale.
Q13Pour lever en , on utilise :
Réponse incorrecte
On multiplie par .
Bonne réponse : la quantité conjuguée
On multiplie par .
Q14 vaut :
Réponse incorrecte
.
Bonne réponse :
.
Q15 est :
Réponse incorrecte
Il faut transformer l'expression pour conclure.
Bonne réponse : une forme indéterminée
Il faut transformer l'expression pour conclure.
Q16Si en , la droite est :
Réponse incorrecte
C'est la définition d'une asymptote oblique.
Bonne réponse : asymptote oblique
C'est la définition d'une asymptote oblique.
Q17 vaut :
Réponse incorrecte
Par la quantité conjuguée, l'expression vaut .
Bonne réponse :
Par la quantité conjuguée, l'expression vaut .
Q18Si pour , alors vaut :
Réponse incorrecte
Les deux bornes tendent vers : c'est le théorème d'encadrement.
Bonne réponse :
Les deux bornes tendent vers : c'est le théorème d'encadrement.
Q19En l'infini, un polynôme se comporte comme :
Réponse incorrecte
Les autres termes deviennent négligeables.
Bonne réponse : son terme de plus haut degré
Les autres termes deviennent négligeables.
Q20 vaut :
Réponse incorrecte
Le numérateur tend vers et le dénominateur vers .
Bonne réponse :
Le numérateur tend vers et le dénominateur vers .
Votre note
0/20
Le chapitre est à revoir en entier
Ne recommencez pas le quiz tout de suite : relisez d'abord tout le cours, en refaisant sur votre cahier chaque exemple guidé au lieu de le lire. Enchaînez avec les exercices « facile », correction masquée, puis revenez ici. C'est en une seule séance de travail que la note change.
À revoir : 20 questions manquées
vaut :
Bonne réponse
devient aussi grand qu'on veut.
vaut :
Bonne réponse
L'inverse d'un nombre très grand est très proche de .
vaut :
Bonne réponse
Le polynôme se comporte comme .
vaut :
Bonne réponse
Quotient des termes dominants : .
est :
Bonne réponseune forme indéterminée
Les opérations sur les limites ne permettent pas de conclure.
vaut :
Bonne réponse
.
En , donne la forme :
Bonne réponse
Le numérateur et le dénominateur s'annulent en .
vaut :
Bonne réponse
Après simplification, on obtient .
vaut :
Bonne réponse
Le dénominateur tend vers par valeurs positives.
vaut :
Bonne réponse
Le dénominateur tend vers par valeurs négatives.
Si , la droite est :
Bonne réponseasymptote verticale
Une limite infinie en un point donne une asymptote verticale.
Si , la droite est :
Bonne réponseasymptote horizontale
Une limite finie en l'infini donne une asymptote horizontale.
Pour lever en , on utilise :
Bonne réponsela quantité conjuguée
On multiplie par .
vaut :
Bonne réponse
.
est :
Bonne réponseune forme indéterminée
Il faut transformer l'expression pour conclure.
Si en , la droite est :
Bonne réponseasymptote oblique
C'est la définition d'une asymptote oblique.
vaut :
Bonne réponse
Par la quantité conjuguée, l'expression vaut .
Si pour , alors vaut :
Bonne réponse
Les deux bornes tendent vers : c'est le théorème d'encadrement.
En l'infini, un polynôme se comporte comme :
Bonne réponseson terme de plus haut degré
Les autres termes deviennent négligeables.
vaut :
Bonne réponse
Le numérateur tend vers et le dénominateur vers .
Exercices corrigés
10 exercices classés du plus simple au plus difficile. Cherchez d'abord seul, puis révélez la correction rédigée étape par étape.
Exercice 1
FacileCalculer : a. ; b. ; c. .
Correction
a. Le polynôme se comporte comme son terme de plus haut degré . Comme , la limite vaut .
b. Le quotient des termes dominants vaut , dont la limite en est . Donc la limite cherchée est .
c. Quotient des termes dominants : , dont la limite en vaut . La limite cherchée est donc .
Exercice 2
MoyenCalculer : a. ; b. .
Correction
a. En , les deux membres s'annulent. On factorise : et .
b. Forme avec une racine : on multiplie par la quantité conjuguée .
La limite quand vaut donc .
Exercice 3
MoyenSoit . Déterminer les limites de en , en , puis en . En déduire les asymptotes de la courbe.
Correction
Quand , le numérateur tend vers , qui est strictement positif. Le signe de est donc celui de .
Si : , donc . Si : , donc .
En , le quotient des termes dominants vaut . Donc .
La courbe admet donc la droite d'équation comme asymptote verticale et la droite d'équation comme asymptote horizontale en et en .
Exercice 4
DifficileSoit définie sur par , de courbe .
- Déterminer les réels , et tels que .
- En déduire que admet une asymptote oblique dont on donnera l'équation.
- Étudier la position relative de et de .
Correction
1. On effectue la division euclidienne de par . On écrit .
On a donc , et .
2. Posons . Alors , dont la limite en comme en vaut .
La droite d'équation est donc asymptote oblique à en et en .
3. La position relative est donnée par le signe de , qui est celui de puisque .
Pour , la différence est positive : est au-dessus de . Pour , elle est négative : est en dessous de .
Exercice 5
FacileCalculer : a. ; b. ; c. .
Correction
a. Quotient des termes dominants : , donc la limite vaut .
b. Quand tend vers par valeurs positives, tend vers .
c. Le polynôme se comporte comme , qui tend vers en .
Exercice 6
FacileCalculer : a. ; b. .
Correction
a. et : par somme, la limite vaut .
b. , donc la limite vaut .
Exercice 7
MoyenCalculer .
Correction
En , le numérateur et le dénominateur s'annulent : forme indéterminée .
On factorise : , donc pour , .
La limite vaut donc .
Exercice 8
MoyenCalculer .
Correction
On obtient la forme indéterminée . On multiplie et on divise par la quantité conjuguée :
.
Le dénominateur tend vers , donc la limite vaut .
Exercice 9
MoyenSoit définie sur . Déterminer les limites de en et en , puis les asymptotes de sa courbe.
Correction
En : , donc et la droite est asymptote horizontale.
En , le numérateur tend vers , négatif. Si , et ; si , et .
La droite est donc asymptote verticale à la courbe.
Exercice 10
DifficileSoit pour . 1. Montrer que . 2. En déduire .
Correction
1. Pour tout réel , . En divisant par , le sens des inégalités est conservé : .
2. et . D'après le théorème d'encadrement, .