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Leçon 5

Lever une indétermination

Vidéo 5 : Lever une indétermination · 4 min 06 s · sous-titres en français

Le cours écrit

Face à une forme indéterminée, on transforme l'écriture de la fonction, puis on applique les théorèmes de la leçon 4. Trois méthodes couvrent les cas du programme.

5.1 Polynômes et fonctions rationnelles en +∞+\infty ou en −∞-\infty

Exemple 16. Calculer lim⁡x→+∞(x2−5x)\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \left(x^2 - 5x\right).

C'est une forme ∞−∞\infty - \infty. On met en facteur le terme de plus haut degré : pour x≠0x \neq 0, x2−5x=x2(1−5x)x^2 - 5x = x^2\left(1 - \dfrac5x\right). Or x2→+∞x^2 \to +\infty et 1−5x→11 - \dfrac5x \to 1. Par produit, lim⁡x→+∞(x2−5x)=+∞\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \left(x^2 - 5x\right) = +\infty.

Exemple 17. Calculer lim⁡x→+∞3x2−x+1x2+4\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2 - x + 1}{x^2 + 4}.

C'est une forme ∞∞\dfrac{\infty}{\infty}. On met en facteur x2x^2 en haut et en bas : pour x≠0x \neq 0, 3x2−x+1x2+4=x2(3−1x+1x2)x2(1+4x2)=3−1x+1x21+4x2→x→+∞31=3.\frac{3x^2 - x + 1}{x^2 + 4} = \frac{x^2\left(3 - \frac1x + \frac{1}{x^2}\right)}{x^2\left(1 + \frac{4}{x^2}\right)} = \frac{3 - \frac1x + \frac{1}{x^2}}{1 + \frac{4}{x^2}} \xrightarrow[x \to +\infty]{} \frac{3}{1} = 3.

La même factorisation donne, dans tous les cas, la règle suivante.

Propriété. En +∞+\infty et en −∞-\infty :

  • un polynôme a la même limite que son terme de plus haut degré ;
  • une fonction rationnelle a la même limite que le quotient des termes de plus haut degré de son numérateur et de son dénominateur.

Exemple 18. lim⁡x→−∞(2x3−5x2+1)=lim⁡x→−∞2x3=−∞\displaystyle\lim_{x \to -\infty} \left(2x^3 - 5x^2 + 1\right) = \lim_{x \to -\infty} 2x^3 = -\infty.

lim⁡x→−∞2x+1x2+1=lim⁡x→−∞2xx2=lim⁡x→−∞2x=0\displaystyle\lim_{x \to -\infty} \frac{2x + 1}{x^2 + 1} = \lim_{x \to -\infty} \frac{2x}{x^2} = \lim_{x \to -\infty} \frac{2}{x} = 0.

lim⁡x→+∞x2+1x−3=lim⁡x→+∞x2x=lim⁡x→+∞x=+∞\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \frac{x^2 + 1}{x - 3} = \lim_{x \to +\infty} \frac{x^2}{x} = \lim_{x \to +\infty} x = +\infty.

Attention. Cette règle ne vaut qu'en +∞+\infty et en −∞-\infty, jamais en un réel aa.

5.2 Forme 00\frac00 en un réel aa : factoriser par x−ax - a

Si le numérateur et le dénominateur d'une fonction rationnelle s'annulent en aa, alors aa est une racine des deux polynômes : on peut les factoriser par x−ax - a (identification, méthode de Horner ou division euclidienne, vues en Seconde), puis simplifier.

Exemple 19. Calculer lim⁡x→2x2−3x+2x2−4\displaystyle\lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 3x + 2}{x^2 - 4}.

En 22 : 4−6+2=04 - 6 + 2 = 0 et 4−4=04 - 4 = 0, c'est une forme 00\dfrac00. On factorise : x2−3x+2=(x−2)(x−1)x^2 - 3x + 2 = (x - 2)(x - 1) et x2−4=(x−2)(x+2)x^2 - 4 = (x - 2)(x + 2). Pour x≠2x \neq 2 (et x≠−2x \neq -2), x2−3x+2x2−4=x−1x+2,donclim⁡x→2x2−3x+2x2−4=2−12+2=14.\frac{x^2 - 3x + 2}{x^2 - 4} = \frac{x - 1}{x + 2}, \qquad \text{donc} \qquad \lim_{x \to 2} \frac{x^2 - 3x + 2}{x^2 - 4} = \frac{2 - 1}{2 + 2} = \frac14.

Exemple 20. Calculer lim⁡x→−1x3+1x+1\displaystyle\lim_{x \to -1} \frac{x^3 + 1}{x + 1}.

Forme 00\dfrac00. Comme −1-1 est racine de x3+1x^3 + 1, on factorise : x3+1=(x+1)(x2−x+1)x^3 + 1 = (x + 1)(x^2 - x + 1) (on le vérifie en développant). Pour x≠−1x \neq -1, x3+1x+1=x2−x+1\dfrac{x^3 + 1}{x + 1} = x^2 - x + 1, donc la limite vaut 1+1+1=31 + 1 + 1 = 3.

5.3 Avec des racines carrées : l'expression conjuguée

Quand l'indétermination vient d'une différence contenant une racine carrée, on multiplie et on divise par l'expression conjuguée, en utilisant (A−B)(A+B)=A2−B2(A - B)(A + B) = A^2 - B^2.

Exemple 21. Calculer lim⁡x→4x−2x−4\displaystyle\lim_{x \to 4} \frac{\sqrt x - 2}{x - 4}.

Forme 00\dfrac00. L'expression conjuguée de x−2\sqrt x - 2 est x+2\sqrt x + 2. Pour x≥0x \geq 0 et x≠4x \neq 4, x−2x−4=(x−2)(x+2)(x−4)(x+2)=x−4(x−4)(x+2)=1x+2.\frac{\sqrt x - 2}{x - 4} = \frac{\left(\sqrt x - 2\right)\left(\sqrt x + 2\right)}{(x - 4)\left(\sqrt x + 2\right)} = \frac{x - 4}{(x - 4)\left(\sqrt x + 2\right)} = \frac{1}{\sqrt x + 2}. Donc lim⁡x→4x−2x−4=12+2=14\displaystyle\lim_{x \to 4} \frac{\sqrt x - 2}{x - 4} = \frac{1}{2 + 2} = \frac14.

Exemple 22. Calculer lim⁡x→+∞(x+1−x)\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \left(\sqrt{x + 1} - \sqrt{x}\right).

Forme ∞−∞\infty - \infty. Pour x≥0x \geq 0, x+1−x=(x+1)−xx+1+x=1x+1+x.\sqrt{x + 1} - \sqrt x = \frac{(x + 1) - x}{\sqrt{x + 1} + \sqrt x} = \frac{1}{\sqrt{x + 1} + \sqrt x}. Le dénominateur tend vers +∞+\infty, donc lim⁡x→+∞(x+1−x)=0\displaystyle\lim_{x \to +\infty} \left(\sqrt{x + 1} - \sqrt{x}\right) = 0.

5.4 En résumé

Situation Méthode
Polynôme ou fonction rationnelle en ±∞\pm\infty terme (ou quotient des termes) de plus haut degré
Fonction rationnelle, forme 00\frac00 en un réel aa factoriser par x−ax - a, simplifier
Racine carrée, forme 00\frac00 ou ∞−∞\infty - \infty multiplier et diviser par l'expression conjuguée

Après la transformation, on revient toujours aux théorèmes de la leçon 4.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 7 et 8

  • Exercice 7 : polynômes et fonctions rationnelles à l'infini
  • Exercice 8 : formes $0/0$ et expression conjuguée

Exercices du chapitre (PDF, 277 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 286 Ko)

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