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Leçon 2

Limite à gauche, limite à droite

Vidéo 2 : Limite à gauche, limite à droite · 3 min 27 s · sous-titres en français

Le cours écrit

2.1 Se rapprocher d'un seul côté

On peut s'approcher de aa par des valeurs inférieures à aa (à gauche de aa) ou par des valeurs supérieures à aa (à droite de aa). L'introduction se fait comme pour la limite.

Exemple de la partie entière. On note E(x)E(x) la partie entière de xx (Seconde) : c'est le plus grand entier inférieur ou égal à xx.

  • Pour x∈[0 ;1[x \in [0\,;1[, E(x)=0E(x) = 0 : quand xx tend vers 11 en restant inférieur à 11, E(x)E(x) tend vers 00.
  • Pour x∈[1 ;2[x \in [1\,;2[, E(x)=1E(x) = 1 : quand xx tend vers 11 en restant supérieur à 11, E(x)E(x) tend vers 11.

La courbe de EE est un « escalier » : en 11, elle fait un saut.

Définitions et notations.

  • Si f(x)f(x) peut être rendu aussi proche de ℓ\ell que l'on veut pour xx suffisamment proche de aa avec x<ax < a, on dit que ff admet ℓ\ell pour limite à gauche en aa, et on écrit lim⁡x→ax<af(x)=ℓ,lim⁡x→a−f(x)=ℓoulim⁡a−f=ℓ.\lim_{\substack{x \to a \\ x < a}} f(x) = \ell, \qquad \lim_{x \to a^-} f(x) = \ell \qquad \text{ou} \qquad \lim_{a^-} f = \ell.
  • De même, avec x>ax > a, on parle de limite à droite en aa : lim⁡x→ax>af(x)=ℓ,lim⁡x→a+f(x)=ℓoulim⁡a+f=ℓ.\lim_{\substack{x \to a \\ x > a}} f(x) = \ell, \qquad \lim_{x \to a^+} f(x) = \ell \qquad \text{ou} \qquad \lim_{a^+} f = \ell.

Pour la partie entière : lim⁡x→1−E(x)=0\displaystyle\lim_{x \to 1^-} E(x) = 0 et lim⁡x→1+E(x)=1\displaystyle\lim_{x \to 1^+} E(x) = 1.

2.2 Le théorème

Théorème (admis). Si ff admet en aa une limite à gauche et une limite à droite égales à ℓ\ell, alors ff admet en aa une limite égale à ℓ\ell : silim⁡a−f=lim⁡a+f=ℓ,alorslim⁡af=ℓ.\text{si} \quad \lim_{a^-} f = \lim_{a^+} f = \ell, \quad \text{alors} \quad \lim_a f = \ell.

Conséquence. Si ff admet une limite ℓ\ell en aa, ses limites à gauche et à droite en aa sont égales à ℓ\ell. Donc, si les limites à gauche et à droite en aa sont différentes (ou si l'une d'elles n'existe pas), ff n'a pas de limite en aa.

Exemple 5 (partie entière). lim⁡x→1−E(x)=0\displaystyle\lim_{x \to 1^-} E(x) = 0 et lim⁡x→1+E(x)=1\displaystyle\lim_{x \to 1^+} E(x) = 1 : ces limites sont différentes, donc EE n'a pas de limite en 11. En revanche, pour x∈[1 ;2[x \in [1\,;2[, E(x)=1E(x) = 1, donc lim⁡x→1,5E(x)=1\displaystyle\lim_{x \to 1{,}5} E(x) = 1.

Exemple 6 (fonction définie par morceaux). Soit ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1 si x<1x < 1 et f(x)=3x−1f(x) = 3x - 1 si x≥1x \geq 1.

  • À gauche de 11, f(x)=x2+1f(x) = x^2 + 1, donc lim⁡x→1−f(x)=12+1=2\displaystyle\lim_{x \to 1^-} f(x) = 1^2 + 1 = 2.
  • À droite de 11, f(x)=3x−1f(x) = 3x - 1, donc lim⁡x→1+f(x)=3×1−1=2\displaystyle\lim_{x \to 1^+} f(x) = 3 \times 1 - 1 = 2.

Les deux limites sont égales à 22, donc lim⁡x→1f(x)=2\displaystyle\lim_{x \to 1} f(x) = 2.

Exemple 7. Soit g(x)=∣x∣xg(x) = \dfrac{\lvert x\rvert}{x}, définie sur R∗\mathbb{R}^*. Pour x>0x > 0, ∣x∣=x\lvert x\rvert = x et g(x)=1g(x) = 1 ; pour x<0x < 0, ∣x∣=−x\lvert x\rvert = -x et g(x)=−1g(x) = -1. Donc lim⁡x→0−g(x)=−1\displaystyle\lim_{x \to 0^-} g(x) = -1 et lim⁡x→0+g(x)=1\displaystyle\lim_{x \to 0^+} g(x) = 1 : gg n'a pas de limite en 00.

Exemple 8 (racine carrée en 00). La racine carrée n'est définie que pour x≥0x \geq 0 : en 00, on ne peut parler que de limite à droite, et lim⁡x→0+x=0\displaystyle\lim_{x \to 0^+} \sqrt x = 0.

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Exercice 3

  • Exercice 3 : lecture graphique et fonctions définies par morceaux

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