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Leçon 3

Continuité

Vidéo 3 : Continuité, prolongement, limite d'une composée · 3 min 25 s · sous-titres en français

Le cours écrit

3.1 Rappels

Définition. Soit ff définie sur un intervalle II et a∈Ia \in I. On dit que ff est continue en aa si lim⁡x→af(x)=f(a).\lim_{x\to a} f(x) = f(a). ff est continue sur II si elle est continue en tout point de II. Graphiquement, on trace la courbe « sans lever le crayon ».

Fonctions continues usuelles (admis).

  • Les fonctions polynômes sont continues sur R\mathbb{R}.
  • Les fonctions rationnelles sont continues sur chaque intervalle de leur ensemble de définition.
  • x↦xx \mapsto \sqrt{x} est continue sur [0;+∞[[0;+\infty[.
  • sin⁡\sin et cos⁡\cos sont continues sur R\mathbb{R}, de même que x↦∣x∣x \mapsto |x|.

Opérations. La somme, le produit et le quotient (dénominateur non nul) de fonctions continues sont continus.

Contre-exemple. La fonction partie entière EE (vue en Seconde) n'est continue en aucun entier. Par exemple, en 11 : E(x)=0E(x) = 0 pour x∈[0;1[x \in [0;1[ et E(1)=1E(1) = 1, donc la limite à gauche, 00, est différente de E(1)E(1). La courbe « saute ».

3.2 Prolongement par continuité

Définition. Soit ff définie sur I∖{a}I \setminus \{a\}. Si lim⁡x→af(x)=ℓ\displaystyle\lim_{x\to a} f(x) = \ell avec ℓ\ell réel, la fonction gg définie sur II par g(x)=f(x) si x≠a,g(a)=ℓg(x) = f(x) \text{ si } x \neq a, \qquad g(a) = \ell est continue en aa. On l'appelle le prolongement par continuité de ff en aa.

Si la limite en aa n'existe pas ou est infinie, ff n'est pas prolongeable par continuité en aa.

Exemple 10. Soit f(x)=x+1−1xf(x) = \dfrac{\sqrt{x+1}-1}{x} sur [−1;0[ ∪ ]0;+∞[[-1;0[\,\cup\,]0;+\infty[. Est-elle prolongeable par continuité en 00 ?

Forme 00\frac00. Avec l'expression conjuguée, pour x≠0x \neq 0 : f(x)=(x+1)−1x(x+1+1)=1x+1+1→x→012.f(x) = \frac{(x+1)-1}{x\left(\sqrt{x+1}+1\right)} = \frac{1}{\sqrt{x+1}+1} \xrightarrow[x\to0]{} \frac12. La limite est réelle : ff est prolongeable par continuité en 00, en posant f(0)=12f(0) = \frac12.

3.3 Continuité d'une composée

Théorème (admis). Si ff est continue en aa et si gg est continue en f(a)f(a), alors g∘fg \circ f est continue en aa. Par conséquent, la composée de deux fonctions continues (là où elle est définie) est continue.

Méthode : démontrer qu'une fonction est continue. On la décompose en fonctions usuelles continues reliées par des opérations ou des compositions.

Exemple. h:x↦x2+1h : x \mapsto \sqrt{x^2+1} est la composée de u:x↦x2+1u : x \mapsto x^2+1, continue sur R\mathbb{R} et à valeurs dans [1;+∞[[1;+\infty[, suivie de la racine carrée, continue sur [0;+∞[[0;+\infty[. Donc hh est continue sur R\mathbb{R}.

3.4 Limite d'une fonction composée

Théorème (admis). Soient aa et bb deux réels. Si lim⁡x→af(x)=b\displaystyle\lim_{x\to a} f(x) = b et si gg est continue en bb, alors lim⁡x→ag(f(x))=g(b).\lim_{x\to a} g\big(f(x)\big) = g(b).

Remarque. Ce résultat reste vrai lorsque aa vaut +∞+\infty ou −∞-\infty. C'est ainsi qu'on l'utilise dans les exercices.

Exemple 11. Calculer lim⁡x→+∞4x+1x+3\displaystyle\lim_{x\to+\infty} \sqrt{\frac{4x+1}{x+3}}.

On pose f(x)=4x+1x+3f(x) = \dfrac{4x+1}{x+3} et g(y)=yg(y) = \sqrt{y}. En +∞+\infty, f(x)f(x) a la même limite que 4xx\dfrac{4x}{x}, soit 44. La fonction gg est continue en 44. Donc lim⁡x→+∞4x+1x+3=4=2.\lim_{x\to+\infty} \sqrt{\frac{4x+1}{x+3}} = \sqrt{4} = 2.

À retenir. Pour calculer la limite de g(f(x))g(f(x)), on cherche d'abord la limite bb de « l'intérieur » f(x)f(x), puis on regarde ce que fait gg près de bb.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 5 et 6

  • Exercice 5 : prolongement par continuité
  • Exercice 6 : continuité et limite d'une composée

Exercices du chapitre (PDF, 336 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 492 Ko)

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