Chapitres de Terminale

Limites des fonctions

  1. 1

    Exercice 1

    Facile

    Déterminer la limite en ++\infty de la fonction ff définie sur ]0;+[]0\,;+\infty[ par :

    f(x)=2x23x+1x2+x.f(x) = \frac{2x^2 - 3x + 1}{x^2 + x}.
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    Factoriser le numérateur et le dénominateur par le terme de plus haut degré, ici x2x^2.

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    Pour x>0x > 0, on factorise par x2x^2 :

    f(x)=x2(23x+1x2)x2(1+1x)=23x+1x21+1x.f(x) = \frac{x^2\left(2 - \dfrac{3}{x} + \dfrac{1}{x^2}\right)}{x^2\left(1 + \dfrac{1}{x}\right)} = \frac{2 - \dfrac{3}{x} + \dfrac{1}{x^2}}{1 + \dfrac{1}{x}}.

    Quand x+x\to+\infty : 3x0\dfrac{3}{x}\to 0, 1x20\dfrac{1}{x^2}\to 0, 1x0\dfrac{1}{x}\to 0. Le numérateur tend vers 22 et le dénominateur vers 11. Par quotient :

    limx+f(x)=21=2.\lim_{x\to+\infty} f(x) = \frac{2}{1} = 2.

    La courbe admet la droite d'équation y=2y = 2 pour asymptote horizontale en ++\infty.

  2. 2

    Exercice 2

    Facile

    On considère la fonction ff définie sur R{1}\mathbb{R}\setminus\{1\} par f(x)=1(x1)2f(x) = \dfrac{1}{(x-1)^2}. Déterminer limx1f(x)\lim\limits_{x\to 1} f(x) et interpréter graphiquement le résultat. Déterminer également limx+f(x)\lim\limits_{x\to+\infty} f(x).

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    Étudier le signe et la limite du dénominateur (x1)2(x-1)^2 lorsque xx tend vers 11.

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    Lorsque x1x\to 1, on a (x1)20(x-1)^2\to 0 avec (x1)2>0(x-1)^2 > 0 pour x1x\neq 1. Le quotient d'un nombre positif fixe par un nombre positif tendant vers 00 tend vers ++\infty :

    limx11(x1)2=+.\lim_{x\to 1} \frac{1}{(x-1)^2} = +\infty.

    Graphiquement, la droite d'équation x=1x = 1 est asymptote verticale à la courbe de ff.

    Lorsque x+x\to+\infty, (x1)2+(x-1)^2\to+\infty, donc limx+f(x)=0\lim\limits_{x\to+\infty} f(x) = 0 : la droite y=0y=0 est asymptote horizontale en ++\infty.

  3. 3

    Exercice 3

    Facile

    Donner, sans justification détaillée, les limites suivantes des fonctions de référence :

    limx+ex,limxex,limx+x,limx0+1x,limx+1x.\lim_{x\to+\infty} \mathrm{e}^{x}, \quad \lim_{x\to-\infty} \mathrm{e}^{x}, \quad \lim_{x\to+\infty} \sqrt{x}, \quad \lim_{x\to 0^+} \frac{1}{x}, \quad \lim_{x\to+\infty} \frac{1}{x}.
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    Ce sont des limites au programme à connaître par cœur. Faire éventuellement une esquisse de chaque courbe.

    Voir la correction
    limx+ex=+,limxex=0,limx+x=+,\lim_{x\to+\infty} \mathrm{e}^{x} = +\infty, \qquad \lim_{x\to-\infty} \mathrm{e}^{x} = 0, \qquad \lim_{x\to+\infty} \sqrt{x} = +\infty, limx0+1x=+,limx+1x=0.\lim_{x\to 0^+} \frac{1}{x} = +\infty, \qquad \lim_{x\to+\infty} \frac{1}{x} = 0.

    En particulier, l'axe des abscisses (y=0y=0) est asymptote horizontale à la courbe de xexx\mapsto\mathrm{e}^x en -\infty, et à celle de x1xx\mapsto\dfrac{1}{x} en ++\infty ; l'axe des ordonnées (x=0x=0) est asymptote verticale à la courbe de x1xx\mapsto\dfrac{1}{x}.

  4. 4

    Exercice 4

    Facile

    Déterminer la limite en ++\infty de la fonction ff définie sur [0;+[[0\,;+\infty[ par :

    f(x)=x+1x.f(x) = \sqrt{x+1} - \sqrt{x}.
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    Il s'agit d'une forme indéterminée « \infty - \infty ». Multiplier et diviser par la quantité conjuguée x+1+x\sqrt{x+1} + \sqrt{x}.

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    Pour x0x\geq 0, on multiplie par la quantité conjuguée :

    f(x)=(x+1x)(x+1+x)x+1+x=(x+1)xx+1+x=1x+1+x.f(x) = \frac{\left(\sqrt{x+1} - \sqrt{x}\right)\left(\sqrt{x+1} + \sqrt{x}\right)}{\sqrt{x+1} + \sqrt{x}} = \frac{(x+1) - x}{\sqrt{x+1} + \sqrt{x}} = \frac{1}{\sqrt{x+1} + \sqrt{x}}.

    Quand x+x\to+\infty, x+1+x+\sqrt{x+1} + \sqrt{x}\to+\infty, donc :

    limx+f(x)=0.\lim_{x\to+\infty} f(x) = 0.
  5. 5

    Limites par croissances comparées

    Moyen

    En utilisant les croissances comparées, déterminer les limites suivantes :

    (a) limx+exx3(b) limx+xex.\text{(a)}\ \lim_{x\to+\infty} \frac{\mathrm{e}^{x}}{x^{3}} \qquad\qquad \text{(b)}\ \lim_{x\to+\infty} x\,\mathrm{e}^{-x}.
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    Rappel des croissances comparées : pour tout entier n1n\geq 1, limx+exxn=+\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{\mathrm{e}^x}{x^n} = +\infty et limx+xnex=0\lim\limits_{x\to+\infty} x^n\mathrm{e}^{-x} = 0.

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  6. 6

    Limite d'un polynôme en -\infty

    Moyen

    Déterminer la limite en -\infty de la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par :

    f(x)=2x3+x25.f(x) = -2x^3 + x^2 - 5.
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    Pour un polynôme, factoriser par le terme de plus haut degré (le terme prépondérant), ici x3x^3.

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  7. 7

    Limite finie et asymptote horizontale

    Moyen

    On considère la fonction ff définie sur ]0;+[]0\,;+\infty[ par :

    f(x)=2x+sin(x)x.f(x) = \frac{2x + \sin(x)}{x}.

    Démontrer que ff admet une limite finie en ++\infty que l'on précisera, et interpréter graphiquement.

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    Écrire f(x)=2+sin(x)xf(x) = 2 + \dfrac{\sin(x)}{x} et encadrer sin(x)x\dfrac{\sin(x)}{x} à l'aide de 1sin(x)1-1\leq\sin(x)\leq 1, puis appliquer le théorème des gendarmes.

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  8. 8

    Exercice 8

    Difficile

    On considère la fonction ff définie sur ]0;+[]0\,;+\infty[ par :

    f(x)=x2+x+1x.f(x) = \frac{x^2 + x + 1}{x}.

    Démontrer que la droite D\mathcal{D} d'équation y=x+1y = x + 1 est asymptote oblique à la courbe de ff en ++\infty, et étudier la position relative de la courbe et de D\mathcal{D}.

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  9. 9

    Exercice 9

    Difficile

    On considère la fonction ff définie sur [0;+[[0\,;+\infty[ par f(x)=x+xf(x) = x + \sqrt{x}. Déterminer limx+f(x)\lim\limits_{x\to+\infty} f(x), puis étudier la nature de la branche infinie de la courbe de ff en ++\infty (calcul de limx+f(x)x\lim\limits_{x\to+\infty}\dfrac{f(x)}{x} et de limx+(f(x)x)\lim\limits_{x\to+\infty}\big(f(x)-x\big)).

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