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Leçon 3

Asymptote oblique

Vidéo 3 : L'asymptote oblique · 3 min 44 s · sous-titres en français

Le cours écrit

3.1 Définition

Définition. Soit aa et bb deux réels. On dit que la droite DD d'équation y=ax+by = ax + b est asymptote à la courbe Cf\mathcal{C}_f en +∞+\infty si f(x)f(x) peut s'écrire f(x)=ax+b+r(x)aveclim⁡x→+∞r(x)=0.f(x) = ax + b + r(x) \qquad \text{avec} \qquad \lim_{x \to +\infty} r(x) = 0. On définit de même une asymptote en −∞-\infty. Si a≠0a \neq 0, on parle d'asymptote oblique.

C'est la formulation des deux programmes. Elle revient à dire que lim⁡x→+∞[f(x)−(ax+b)]=0\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \big[f(x) - (ax + b)\big] = 0.

Interprétation. Pour un réel xx, soit M(x ;f(x))M\big(x\,;f(x)\big) le point de la courbe et P(x ;ax+b)P(x\,;ax + b) le point de la droite de même abscisse. La distance verticale MP=∣f(x)−(ax+b)∣=∣r(x)∣MP = \lvert f(x) - (ax + b)\rvert = \lvert r(x)\rvert tend vers 00 : la courbe se rapproche de la droite autant que l'on veut.

Le cas a=0a = 0 redonne l'asymptote horizontale y=by = b du chapitre 2.

3.2 Justifier qu'une droite donnée est asymptote

Méthode. On calcule f(x)−(ax+b)f(x) - (ax + b), on le simplifie, puis on montre que sa limite est 00.

Exemple 5. Soit g(x)=2x2+xx+1g(x) = \dfrac{2x^2 + x}{x + 1}, définie sur R∖{−1}\mathbb{R} \setminus \{-1\}, et DD la droite d'équation y=2x−1y = 2x - 1. Pour x≠−1x \neq -1 : g(x)−(2x−1)=2x2+x−(2x−1)(x+1)x+1=2x2+x−(2x2+x−1)x+1=1x+1.g(x) - (2x - 1) = \frac{2x^2 + x - (2x - 1)(x + 1)}{x + 1} = \frac{2x^2 + x - (2x^2 + x - 1)}{x + 1} = \frac{1}{x + 1}. Comme lim⁡x→±∞1x+1=0\displaystyle\lim_{x \to \pm\infty} \frac{1}{x + 1} = 0, la droite DD est asymptote oblique à la courbe de gg en +∞+\infty et en −∞-\infty.

3.3 Écrire f(x)=ax+b+cx−df(x) = ax + b + \dfrac{c}{x - d}

Pour une fonction rationnelle dont le numérateur est de degré 22 et le dénominateur de degré 11, l'énoncé demande souvent de trouver des réels aa, bb, cc tels que f(x)=ax+b+cx−df(x) = ax + b + \dfrac{c}{x - d}. On réduit au même dénominateur et on identifie les coefficients.

Exemple 6. Soit f(x)=x2−2x+5x−1f(x) = \dfrac{x^2 - 2x + 5}{x - 1}, définie sur R∖{1}\mathbb{R} \setminus \{1\}. Cherchons aa, bb, cc tels que f(x)=ax+b+cx−1f(x) = ax + b + \dfrac{c}{x - 1}.

On a ax+b+cx−1=(ax+b)(x−1)+cx−1=ax2+(b−a)x+c−bx−1ax + b + \dfrac{c}{x - 1} = \dfrac{(ax + b)(x - 1) + c}{x - 1} = \dfrac{ax^2 + (b - a)x + c - b}{x - 1}. On identifie avec x2−2x+5x^2 - 2x + 5 : a=1a = 1, b−a=−2b - a = -2, c−b=5c - b = 5, d'où a=1a = 1, b=−1b = -1, c=4c = 4 : f(x)=x−1+4x−1.f(x) = x - 1 + \frac{4}{x - 1}. Comme 4x−1\dfrac{4}{x - 1} tend vers 00 en ±∞\pm\infty, la droite d'équation y=x−1y = x - 1 est asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f en +∞+\infty et en −∞-\infty.

S1 · S3 En S1-S3, on doit aussi savoir trouver cette écriture sans qu'elle soit donnée, par la division du numérateur par le dénominateur (leçon 8).

3.4 Position de la courbe par rapport à l'asymptote

On étudie le signe de f(x)−(ax+b)f(x) - (ax + b) :

  • là où il est positif, la courbe est au-dessus de l'asymptote ;
  • là où il est négatif, elle est en dessous ;
  • là où il est nul, elles se coupent.

Exemple 6 (suite). f(x)−(x−1)=4x−1f(x) - (x - 1) = \dfrac{4}{x - 1}, du signe de x−1x - 1. Sur ]1 ;+∞[\left]1\,;+\infty\right[, la courbe est au-dessus de l'asymptote ; sur ]−∞ ;1[\left]-\infty\,;1\right[, elle est en dessous. Elle ne la coupe jamais.

Exemple 5 (suite). g(x)−(2x−1)=1x+1g(x) - (2x - 1) = \dfrac{1}{x + 1} : la courbe de gg est au-dessus de DD pour x>−1x > -1, en dessous pour x<−1x < -1.

3.5 Les asymptotes d'une fonction rationnelle

Pour f(x)=p(x)q(x)f(x) = \dfrac{p(x)}{q(x)}, où pp et qq sont des polynômes de degrés au plus 22 :

  • en une racine x0x_0 de qq qui n'annule pas pp, ff tend vers l'infini : la droite x=x0x = x_0 est asymptote verticale ;
  • si pp est de degré strictement plus petit que qq, la droite y=0y = 0 est asymptote horizontale ;
  • si pp et qq ont le même degré, la droite y=coefficient dominant de pcoefficient dominant de qy = \dfrac{\text{coefficient dominant de } p}{\text{coefficient dominant de } q} est asymptote horizontale ;
  • si pp est de degré 22 et qq de degré 11, f(x)f(x) tend vers l'infini en ±∞\pm\infty, et la courbe a une asymptote oblique, que l'on obtient par l'écriture du paragraphe 3.3.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 5 et 6

  • Exercice 5 : justifier une asymptote oblique
  • Exercice 6 : trouver l'écriture, puis les asymptotes

Exercices du chapitre (PDF, 251 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 701 Ko)

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