MathématiquesFiche 6 · Les limitesRègle a/0± et fonctions rationnelles en un point interdit
Mécanique 2 · Tutoriel

Règle a/0± et fonctions rationnelles en un point interdit

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

MémoThème 2 — La règle a0±\dfrac{a}{0^{\pm}} et l'asymptote verticale

Mécanique travaillée : calculer la limite d'une fonction rationnelle en un point x0x_0 qui annule le dénominateur (donc x0∉Dfx_0\notin D_f). On y arrive avec un tableau de signes du dénominateur et la règle des signes a0±→±∞\frac{a}{0^{\pm}}\to\pm\infty.

1. La règle a0±\dfrac{a}{0^{\pm}}

Diviser un nombre a≠0a\neq 0 par une quantité qui tend vers 00 donne l'infini. Le signe de cet infini se lit par la règle des signes, en traitant « 0+0^{+} » comme un ++ et « 0−0^{-} » comme un −-.

L'essentielles quatre cas à connaître par cœur
a0+→+∞ (a>0),a0+→−∞ (a<0),\frac{a}{0^{+}}\to +\infty\ (a>0),\qquad \frac{a}{0^{+}}\to -\infty\ (a<0),
a0−→−∞ (a>0),a0−→+∞ (a<0).\frac{a}{0^{-}}\to -\infty\ (a>0),\qquad \frac{a}{0^{-}}\to +\infty\ (a<0).
Attentionce n'est PAS une forme indéterminée

a0±\dfrac{a}{0^{\pm}} avec a≠0a\neq 0 se conclut directement par ±∞\pm\infty. On ne confond pas avec 00\dfrac{0}{0}, qui, elle, est indéterminée (thèmes 3 et 5). Ici le numérateur ne tend pas vers 00.

2. Méthode : limite rationnelle en un point interdit

Méthodelimite de P(x)Q(x)\frac{P(x)}{Q(x)} en x0x_0 avec Q(x0)=0Q(x_0)=0 et P(x0)≠0P(x_0)\neq 0
  1. Calculer lim⁡x→x0P(x)=a\displaystyle\lim_{x\to x_0} P(x)=a (un nombre non nul).
  2. Dresser le tableau de signes du dénominateur QQ autour de x0x_0 : est-il 0+0^{+} ou 0−0^{-} à droite ? à gauche ?
  3. Appliquer la règle a0±\dfrac{a}{0^{\pm}} de chaque côté.
  4. Conclure : si les deux côtés donnent le même infini, la limite existe (infinie) ; s'ils diffèrent, pas de limite globale. Dans tous les cas, x=x0x=x_0 est une asymptote verticale.
Exemplelim⁡x→1−2x+51−x\displaystyle\lim_{x\to 1}\frac{-2x+5}{1-x}

Domaine R∖{1}\mathbb{R}\setminus\{1\}. Numérateur en 11 : −2(1)+5=3 (>0)-2(1)+5=3\ (>0). Dénominateur 1−x1-x : positif si x<1x<1, négatif si x>1x>1.

xx−∞-\infty11+∞+\infty
1−x1-x+ + ++\ \ +\ \ +00− − −-\ \ -\ \ -

Donc x→1−⇒1−x→0+x\to 1^{-}\Rightarrow 1-x\to 0^{+} et x→1+⇒1−x→0−x\to 1^{+}\Rightarrow 1-x\to 0^{-} :

lim⁡x→1−−2x+51−x=30+=+∞,lim⁡x→1+−2x+51−x=30−=−∞.\lim_{x\to 1^{-}}\frac{-2x+5}{1-x}=\frac{3}{0^{+}}=+\infty,\qquad \lim_{x\to 1^{+}}\frac{-2x+5}{1-x}=\frac{3}{0^{-}}=-\infty.

Les deux côtés diffèrent : pas de limite globale en 11 ; la droite x=1x=1 est asymptote verticale.

Exempledénominateur au carré : même signe des deux côtés

lim⁡x→21(x−2)2\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{1}{(x-2)^2}. Le numérateur vaut 1>01>0 ; le dénominateur (x−2)2(x-2)^2 est toujours >0>0 (carré), donc tend vers 0+0^{+} des deux côtés :

lim⁡x→2−1(x−2)2=10+=+∞=lim⁡x→2+1(x−2)2.\lim_{x\to 2^{-}}\frac{1}{(x-2)^2}=\frac{1}{0^{+}}=+\infty=\lim_{x\to 2^{+}}\frac{1}{(x-2)^2}.

Ici la limite existe : lim⁡x→21(x−2)2=+∞\displaystyle\lim_{x\to 2}\frac{1}{(x-2)^2}=+\infty.

Astucele tableau de signes en 10 secondes

Pour un facteur affine (αx+β)(\alpha x+\beta), le signe change en x=−βαx=-\frac{\beta}{\alpha} ; il est du signe de α\alpha « à droite » de cette racine. Pour un carré (… )2(\dots)^2 ou toute puissance paire, le signe est constant positif (sauf au zéro) : les deux côtés se comportent pareil.

Ensuite, 3 niveaux d'exercices :
FacileMoyenDifficile
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