MathématiquesFiche 6 · Les limites
Mathématiques · Synthèse · Fiche 6

Les limites

Notations, propriétés, formes indéterminées et calcul — fiche de révision condensée.

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À maîtriser

  • lire les notations limxx0\lim_{x\to x_0}, limx±\lim_{x\to\pm\infty}, limxx0±\lim_{x\to x_0^{\pm}} ;
  • limite finie/infinie, en un point ou à l'infini \leftrightarrow asymptotes ;
  • opérations sur les limites et repérage des formes indéterminées ;
  • lien limite \leftrightarrow continuité en un point ;
  • lever une indétermination : terme dominant, conjugué, règle de l'Hospital.

1Notations et propriétés des limites

Définition1.1tendre vers, limite

Dire que « xx tend vers x0x_0 » (xx0x\to x_0) signifie que xx prend des valeurs de plus en plus proches de x0x_0 (sans nécessairement l'atteindre). On note limxx0f(x)\lim_{x\to x_0} f(x) la valeur dont f(x)f(x) se rapproche.

Formule1.1limite finie en un point, limites latérales
 limxx0f(x)= \boxed{\ \lim_{x\to x_0} f(x)=\ell\ }
où :
  • x0x_0 : le point visé (réel) ; R\ell\in\mathbb{R} : la limite (valeur cible) ;
  • xx0+x\to x_0^{+} (à droite, x>x0x>x_0) et xx0x\to x_0^{-} (à gauche, x<x0x<x_0) : limites latérales ;
  • si les deux limites latérales diffèrent, ff n'a pas de limite (globale) en x0x_0.
Exemple

limx0x+23=23\displaystyle\lim_{x\to 0}\frac{x+2}{3}=\frac{2}{3} (fonction affine, définie en 00 : on remplace xx par 00).

Définition1.2limite à l'infini

limx±f(x)=\displaystyle\lim_{x\to\pm\infty} f(x)=\ell (réel) : la droite y=y=\ell est alors asymptote horizontale. Si limx±f(x)=±\displaystyle\lim_{x\to\pm\infty} f(x)=\pm\infty, la courbe part vers l'infini (branche infinie).

Remarquerègle « a0±\dfrac{a}{0^{\pm}} » — à retenir absolument

Pour a0a\neq 0 :

a0+{+a>0a<0a0{a>0+a<0\frac{a}{0^{+}}\to\begin{cases}+\infty & a>0\\-\infty & a<0\end{cases} \qquad\qquad \frac{a}{0^{-}}\to\begin{cases}-\infty & a>0\\+\infty & a<0\end{cases}

(règle des signes appliquée à aa et au signe du « 00 » : 0++0^+\equiv{+}, 00^-\equiv{-}). Ce n'est pas une forme indéterminée.

Propriété1.1opérations sur les limites

Si limxx0f=\lim_{x\to x_0} f=\ell et limxx0g=\lim_{x\to x_0} g=\ell' (kRk\in\mathbb{R}) :

lim(f+g)=+,lim(kf)=k,lim(fg)=,limfg= (0).\lim(f+g)=\ell+\ell',\qquad \lim(kf)=k\ell,\qquad \lim(fg)=\ell\ell',\qquad \lim\frac{f}{g}=\frac{\ell}{\ell'}\ (\ell'\neq0).

Ces règles s'étendent aux limites infinies, sauf pour \infty-\infty et \dfrac{\infty}{\infty} : ce sont des formes indéterminées (voir §3).

2Limite et continuité en un point

Définition2.1continuité en un point

ff est continue en x0Dfx_0\in D_f si

 limxx0f(x)=limxx0+f(x)=f(x0) .\boxed{\ \lim_{x\to x_0^{-}} f(x)=\lim_{x\to x_0^{+}} f(x)=f(x_0)\ }.
SituationConditionSur la courbe
ff possède une limite en x0Dfx_0\notin D_flim. à gauche == lim. à droiterond ouvert (trou)
ff continue en x0Dfx_0\in D_flim. gauche == lim. droite =f(x0)=f(x_0)point plein, sans saut
ff continue à droite en x0Dfx_0\in D_flimxx0+f=f(x0)\lim_{x\to x_0^{+}} f=f(x_0) seulesaut (discontinue à gauche)
Remarque

Les fonctions usuelles (polynômes, rationnelles sur leur domaine, sin\sin, cos\cos, exp\exp, ln\ln, \sqrt{\cdot}) sont continues sur DfD_f : on y calcule une limite par simple remplacement de xx par x0x_0. Les difficultés n'apparaissent qu'aux points exclus de DfD_f ou à l'infini.

3Formes indéterminées (FI)

Définition3.1forme indéterminée

Une FI signale qu'aucun théorème général ne permet de conclure directement : il faut transformer l'écriture pour la lever.

Propriété3.1les quatre formes indéterminées
,0×,,00.\infty-\infty,\qquad 0\times\infty,\qquad \frac{\infty}{\infty},\qquad \frac{0}{0}.
Attentionindéterminé \neq impossible

Une FI n'est pas une absence de limite : après transformation, la limite peut valoir 00, un réel quelconque, ++\infty, -\infty, ou ne pas exister. À l'inverse, a0±\dfrac{a}{0^{\pm}} (a0a\neq0) n'est pas une FI : on conclut directement par la règle des signes (§1).

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  • 4. Calcul des limites — techniques
  • 5. Limites et asymptotes
  • 6. Mémo
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