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Leçon 2

Limites infinies, asymptote verticale

Vidéo 2 : Limites infinies, asymptote verticale · 3 min 36 s · sous-titres en français

Le cours écrit

2.1 Limite infinie en +∞+\infty ou en −∞-\infty

Définition. La fonction ff a pour limite +∞+\infty en +∞+\infty si tout intervalle [A ;+∞[[A\,;+\infty[ contient toutes les valeurs f(x)f(x) pour xx assez grand. On note lim⁡x→+∞f(x)=+∞\lim\limits_{x\to+\infty} f(x) = +\infty.

De même :

  • lim⁡x→+∞f(x)=−∞\lim\limits_{x\to+\infty} f(x) = -\infty si tout intervalle ]−∞ ;A]]-\infty\,;A] contient toutes les valeurs f(x)f(x) pour xx assez grand ;
  • en −∞-\infty, on remplace « pour xx assez grand » par « dès que xx est inférieur à un certain réel ».

Exemple 4 (racine carrée). x≥100\sqrt{x} \geq 100 dès que x≥10 000x \geq 10\,000. Plus généralement, pour tout réel A>0A > 0, x≥A\sqrt{x} \geq A dès que x≥A2x \geq A^2 (la fonction racine carrée est croissante). Donc lim⁡x→+∞x=+∞,\lim_{x\to+\infty} \sqrt{x} = +\infty, même si x\sqrt{x} grandit lentement.

Exemple 5. lim⁡x→−∞x2=+∞\lim\limits_{x\to-\infty} x^2 = +\infty et lim⁡x→−∞x3=−∞\lim\limits_{x\to-\infty} x^3 = -\infty (leçon 3).

Une fonction n'a pas toujours de limite. La fonction cosinus oscille entre −1-1 et 11 : elle prend la valeur 11 en tous les 2kπ2k\pi et la valeur −1-1 en tous les (2k+1)π(2k + 1)\pi, aussi loin qu'on aille. Elle n'a pas de limite en +∞+\infty.

Écrire la négation (partie « vocabulaire et logique »). « ff a pour limite +∞+\infty en +∞+\infty » s'écrit : pour tout réel AA, il existe un réel BB tel que, pour tout x>Bx > B, f(x)≥Af(x) \geq A. Sa négation est :

il existe un réel AA tel que, pour tout réel BB, il existe un réel x>Bx > B avec f(x)<Af(x) < A.

Pour la fonction cosinus, A=2A = 2 convient : cos⁡x<2\cos x < 2 pour tout réel xx.

2.2 Limite infinie en un réel

Définition. Soit aa un réel (qui est dans l'ensemble de définition de ff, ou qui en est une borne). La fonction ff a pour limite +∞+\infty en aa si tout intervalle [A ;+∞[[A\,;+\infty[ contient toutes les valeurs f(x)f(x) pour xx assez proche de aa (x≠ax \neq a). On note lim⁡x→af(x)=+∞\lim\limits_{x\to a} f(x) = +\infty. On définit de même lim⁡x→af(x)=−∞\lim\limits_{x\to a} f(x) = -\infty.

« Pour xx assez proche de aa » signifie : pour tout xx de l'ensemble de définition, différent de aa, dans un intervalle ]a−h ;a+h[]a - h\,;a + h[ avec h>0h > 0.

Exemple 6. f(x)=1x2f(x) = \dfrac{1}{x^2}, définie pour x≠0x \neq 0.

  • 1x2≥10 000  ⟺  x2≤0,0001  ⟺  −0,01≤x≤0,01\dfrac{1}{x^2} \geq 10\,000 \iff x^2 \leq 0{,}0001 \iff -0{,}01 \leq x \leq 0{,}01 (avec x≠0x \neq 0).
  • Avec A=4A = 4 : 1x2≥4\dfrac{1}{x^2} \geq 4 dès que −0,5≤x≤0,5-0{,}5 \leq x \leq 0{,}5, x≠0x \neq 0.
  • Pour tout A>0A > 0 : 1x2≥A\dfrac{1}{x^2} \geq A dès que 0<∣x∣≤1A0 < |x| \leq \dfrac{1}{\sqrt{A}}.

Donc lim⁡x→01x2=+∞\lim\limits_{x\to0} \dfrac{1}{x^2} = +\infty.

2.3 Limite à gauche, limite à droite

Parfois, la limite dépend du côté par lequel xx s'approche de aa.

  • Limite à droite : xx tend vers aa en restant supérieur à aa. On note lim⁡x→a+f(x)\lim\limits_{x\to a^+} f(x) ou lim⁡x→ax>af(x)\lim\limits_{\substack{x\to a\\x>a}} f(x).
  • Limite à gauche : xx tend vers aa en restant inférieur à aa. On note lim⁡x→a−f(x)\lim\limits_{x\to a^-} f(x) ou lim⁡x→ax<af(x)\lim\limits_{\substack{x\to a\\x<a}} f(x).

Exemple 7 (fonction inverse en 00). lim⁡x→0+1x=+∞etlim⁡x→0−1x=−∞.\lim_{x\to0^+} \frac1x = +\infty \qquad\text{et}\qquad \lim_{x\to0^-} \frac1x = -\infty. En effet, pour tout A>0A > 0 : si 0<x≤1A0 < x \leq \dfrac1A, alors 1x≥A\dfrac1x \geq A ; si −1A≤x<0-\dfrac1A \leq x < 0, alors 1x≤−A\dfrac1x \leq -A.

2.4 Asymptote verticale

Définition. Si f(x)f(x) tend vers +∞+\infty ou vers −∞-\infty quand xx tend vers aa (éventuellement seulement à gauche ou seulement à droite), la droite d'équation x=ax = a est asymptote verticale à la courbe de ff.

  • Pour x↦1xx \mapsto \dfrac1x : l'axe des ordonnées (x=0x = 0) est asymptote verticale, et l'axe des abscisses (y=0y = 0) est asymptote horizontale en +∞+\infty et en −∞-\infty.
  • Pour x↦1x2x \mapsto \dfrac{1}{x^2} : l'axe des ordonnées est asymptote verticale.

2.5 Lire un graphique

Exemple 8. Une fonction ff, définie pour x≠2x \neq 2, a une courbe qui longe la droite verticale x=2x = 2 (vers le haut à droite de 22, vers le bas à gauche) et qui se rapproche de la droite y=1y = 1 des deux côtés. On lit : lim⁡x→2+f(x)=+∞,lim⁡x→2−f(x)=−∞,lim⁡x→+∞f(x)=lim⁡x→−∞f(x)=1.\lim_{x\to2^+} f(x) = +\infty,\quad \lim_{x\to2^-} f(x) = -\infty,\quad \lim_{x\to+\infty} f(x) = \lim_{x\to-\infty} f(x) = 1. Les droites x=2x = 2 et y=1y = 1 sont asymptotes à la courbe. (La courbe de la vidéo est celle de f(x)=1+1x−2f(x) = 1 + \dfrac{1}{x-2}.)

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Exercices 3 et 4

  • Exercice 3 : utiliser les définitions
  • Exercice 4 : le coût de la dépollution

Exercices du chapitre (PDF, 120 Ko)

Corrigés

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

Corrigés du chapitre (PDF, 155 Ko)

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