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Chapitre n°2 : Fonctions : continuité,limite.partie 1/2Objectifs :

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Academic year: 2022

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(1)

Chapitre n°2 : Fonctions : continuité, limite.partie 1/2

Objectifs :

Niveau a eca n

C2.a 1 Savoir déterminer des limites finies ou infinies d'une

fonction à l'infini.

C2.b 1 Savoir déterminer des limites infinies d'une fonction en

un point.

C2.c 2 Savoir déterminer des asymptotes.

C2.d 2 Savoir déterminer les limites d'une somme, d'un produit

ou d'un quotient de fonctions.

C2.e 1 Calculer la limite de fonctions composées

C2.f 1 Calculer la limite de fonctions en utilisant les théorèmes

de comparaison

C2.g 1 Savoir utiliser le théorème des valeurs intermédiaires

Activité d'approche n°1

Sur la figure ci-contre, A

est fixe, de

coordonnées (1;2). H est le projeté orthogonal de A sur l'axe des ordonnées. I est le projeté

orthogonal de A sur l'axe des abscisses. M est un point mobile sur l'axe des abscisses, d'abscisse x strictement supérieure à 1. P est le point

d'intersection de la droite (AM) avec l'axe des ordonnées. On note f(x) l'aire du triangle HAP.

1. En utilisant un logiciel de géométrie, indiquer approximativement l'évolution de l'aire du triangle HAP en fonction de x.

2. Conjecturer les valeur de lim

x+1

f (x) et lim

x→+∞ f (x). lim

x+1

f(x)=....et lim

x→+∞ f (x)=.... 3. Calculer l'aire du triangle HAP en fonction de x.

...

...

...

...

...

...

(2)

...

...

...

4. Retrouver les conjectures de la question 2 en étudiant les variations de f.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Cours n°1

Chapitre n°2 : Fonction : continuité et limite.

Partie 1/2

I) Limites de fonctions

Définition n°1 : limite finie en l'infini

Dire que lim

x→+∞ f (x)=l signifie que quelque soit l'intervalle contenant l que l'on se fixe, il existe toujours une valeur x0

…...

…...

…...

Remarque :

Un énoncé similaire permet d'interpréter lim

x→−∞ f (x)=l

(3)

Définition n°2 : limite finie en a

Dire que lim

xa f (x)=l signifie que quelque soit l'intervalle contenant l que l'on se fixe, il existe toujours une valeur x0 …...

…...

…...

…...

Définition n°3 : limite infinie en l'infini

Dire que lim

x→+∞ f (x)=+∞ signifie que quelque soit l'intervalle ]A;+∞[ (A nombre réel positif) que l'on se fixe, il existe toujours une valeur x0

...

...

...

…...

Remarque :

Un énoncé similaire existe pour lim

x→... f (x)=... lim

x→... f(x)=...et lim

x→... f (x)=...

Définition n°4 : limite infinie en a

Dire que lim

xa f (x)=+∞ signifie que quelque soit l'intervalle ]A;+∞[ (A nombre réel positif) que l'on se fixe, il existe toujours une valeur x0 suffisamment proche de a pour laquelle

...

…...

…...

(4)

Remarque :

Lorsque x tend vers le réel a par valeur inférieure, o note :

…...

et on parle de l... …...

Lorsque x tend vers le réel a par valeur supérieure, o note :

…...

et on parle de l... …...

Exemple n°1 :

Déterminer lim

x→+∞

1 x :

Intuitivement, on peut conjecturer que lim

x→+∞

1 x=....

Soit a un nombre réel positif quelconque et l'intervalle ]–a;+a[. Alors, si x>..., on a 1

x ….... Ce qui confirme que lim

x→+∞

1

x=.... puisque l'on peut prendre a aussi petit que l'on veut.

Exercice n°1

Ex.1 p.54

Exercice n°2

Ex.34 p.56

Exercice n°3

Ex.8 p.54

Cours n°2

II) Asymptotes

Définition n°5 : asymptote horizontale

Soit f une fonction. Si

lim

x→+∞ f (x)=l

, c'est que la courbe représentative de f

s'approche

progressivement, à l'infini, d'une droite horizontale d'équation …... Cette droite s'appelle alors

…...

Définition n°6 : asymptote verticale

Soit f une fonction. Si

lim

xa

f(x)=+∞

, c'est que la courbe représentative de f

s'approche

progressivement en a d'une droite verticale d'équation …... Cette droite s'appelle alors …...

(5)

Exemple n°2 :

Soit f la fonction inverse. Donner les équations des asymptotes.

…...

...

...

Interrogation n°2 Objectifs

C2.a_Niv1 :Savoir déterminer des limites finies ou infinies d'une fonction à l'infini.

C2.b_Niv1 :Savoir déterminer des limites infinies d'une fonction en un point.

C2.c_Niv2 :Savoir déterminer des asymptotes.

Exercice n°4 Ex.6 p.54 Exercice n°5

Ex.36 p.56 Exercice n°6*

Ex.63 p.58 Exercice n°7**

Ex.7 et 8 p.54

Cours n°3

III) Limite des fonctions usuelles

Propriété n°1

a. lim

x→−∞x2=...et lim

x→+∞x2=...

b. lim

x→−∞x3=.... et lim

x→+∞ x3=...

c. Si n est pair : lim

x→−∞xn=... et lim

x→+∞xn=...

d. Si n est impair : lim

x→−∞xn=....et lim

x→+∞ xn=....

e. lim

x→−∞

1

x=.... et lim

x→+∞

1

x=...., lim

x0 x<0

1

x=.... et lim

x0 x>0

1 x=...

f. lim

x→+∞

x=....

Propriété n°2

Si a est un nombre réel :

(6)

lim

xa

1

x=....pour a ≠ 0 lim

xaP(x)=.... si P est un polynôme.

lim

xa

x=....pour a0.

IV) Opérations sur les limites

Propriété n°3 : Somme

lim

x→a(f(x)+g(x)) lim

x→a f (x) → lim

x→a g(x) ¯

L + ∞ – ∞

L' ... ... ...

+ ∞ ... ... ...

– ∞ ... ... ...

Propriété n°4 : Produit

lim

x→a f (xg(x) lim

x→a f (x) → lim

x→a g(x) ¯

L<0 L>0 L=0 + ∞ – ∞

L'<0 ... ... ... ... ...

L'>0 ... ... ... ... ...

L'=0 ... ... ... ... ...

+ ∞ ... ... ... ... ...

– ∞ ... ... ... ... ...

Propriété n°5 : Quotient

lim

x→a

f (x) g(x)

lim

x→a f (x) → limx→a g(x) ¯

L<0 L>0 L=0 + ∞ – ∞

L'<0 ... ... ... ... ...

L'>0 ... ... ... ... ...

L'=0 ... ... ... ... ...

(7)

+ ∞ ... ... ... ... ...

– ∞ ... ... ... ... ...

Exemple n°3 :

Déterminer lim

x→+∞

(

1+1x

)

x2 :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°4 :

Déterminer lim

x→+∞

1 x2+1 :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°5 :

Déterminer lim

x−2

x+1 x+2 :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(8)

...

Exemple n°6 :

Déterminer lim

x→−∞

x3−1 x2+1

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°7 :

Déterminer lim

x→+∞

x+1 2x+1 :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(9)

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°8 :

Déterminer lim

x→−∞

5x2+3x+1

−2x+1 :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Exemple n°9 :

Déterminer lim

x−2

x2+6x+8

−2x−4 :

...

...

...

(10)

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Interrogation n°3 Objectifs

C2.d_Niv2 :Savoir déterminer les limites d'une somme, d'un produit ou d'un quotient de fonctions.

Exercice n°8

Ex.10 p.54

Exercice n°9

Ex.15 p.54

Exercice n°10*

Ex.21 p.55

Exercice n°11*

Ex.22 p.55

Exercice n°12

Ex.47 p.56

(11)

Cours n°4

V) Fonctions composées

Définition n°7

Soit f une fonction définie sur un intervalle I, soit J l'ensemble de toutes les valeurs f(x) où x appartient à I, et soit g une fonction définie au moins sur J.

On appelle fonction composée f suivie de g la fonction h définie par :

…...

On note cette composée : h = …...

Exemple n°9 :

Soit hla fonction définie par h(x)=

(

x2+3x

)

3 . Écrire h comme composée de deux fonctions :

...

...

...

...

...

...

Propriété n°6 : limite de fonctions composées

Si lim

xa

f(x)=bet si lim

xb

g(x)=c alors lim

xa

...=...

Remarque :

Cette propriété est aussi valide en +∞ et –∞.

Exemple n°10 :

Déterminer la limite en - ∞ de la fonction h de l'exemple précédent.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(12)

Interrogation n°4 Objectifs

C2.e_Niv1 :Calculer la limite de fonctions composées

Exercice n°13

Ex.24 p.55

Exercice n°14*

Ex.78 p.59

Cours n°5

VI) Calcul de limites par comparaison

Propriété n°7 (Théorème des gendarmes)

Soient a

et L deux réels, et s

oient f

, g et h trois fonctions définies sur un intervalle contenant a telles que l'on ait :

- Au voisinage de a : f(x)g(x)h(x) - lim

xa

f(x)=lim

xa

h(x)=L

Alors …...

…...

Remarque :

Cette propriété est aussi valide en +∞ et –∞.

Exemple n°11 :

Déterminer lim

x→+∞

cos(x) x :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Propriété n°8 (Théorème de comparaison)

Soient a

et L deux réels, et s

oient f

et g deux fonctions définies sur un intervalle contenant a telles que l'on ait, au voisinage de a : f(x)g(x)

(13)

Alors : Si lim

xa

f(x)=+∞ alors …...

Si lim

xa

g(x)=−∞ alors …...

Exemple n°12 :

Soit f la fonction définie par : f(x)=x+1+cos(x). Déterminer lim

x→+∞ f (x) :

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Interrogation n°5 Objectifs

C2.f_Niv1 :

Calculer la limite de fonctions en utilisant les théorèmes de comparaison

Exercice n°15

Ex.28 p.55

Exercice n°16

Ex.89 p.60

Exercice n°17*

Ex.83 p.59

Exercice n°18**

Ex.86 p.60

Activité d'approche n°2

On définit la fonction, appelée « partie entière », notée E

de la façon suivante :

à tout nombre réel x, on fait correspondre l'unique entier relatif n tel que nx<n+1.

1. Calculer E(-2,7) et E(4,57).

...

(14)

...

2. Représenter la fonction E sur le graphique ci-dessous :

3. Conjecturer les limites suivantes sur le graphique : lim

x3 x<3

E(x)

et

lim

x3

x>3

E(x)

...

...

4. La fonction E admet-elle une limite en 3 ? Pourquoi ?

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(15)

...

...

...

...

Cours n°6

VII) Continuité d'une fonction – théorème des valeurs intermédiaires

Définition n°8

Soit f une fonction définie sur un intervalle I et a un réel de cet intervalle.

f est dite continue en a si …... =...

…...

f est dite continue sur I si elle est continue en tout nombre de l'intervalle I.

Remarque :

Une fonction continue sur un intervalle I est une fonction dont la représentation graphique sur cet intervalle se trace sans lever le crayon.

Exemple n°13 :

La fonction partie entière est discontinue à chaque

…...

…...

La fonction carrée est …... sur …...

Propriété n°9 (admis)

Les fonctions dérivables sur un intervalle sont continues sur cet intervalle.

Remarque :

Les fonctions rencontrées jusqu'à présent sont très souvent continues sur leur ensemble de définition.

Propriété n°10 : théorème des valeurs intermédiaires (admis)

Soit f une fonction définie et continue sur un intervalle [a;b].

Alors, quelque soit le réel k de l'intervalle [f(a);f(b)], il existe au moins un nombre c de l'intervalle [a;b] tel que …...

Remarque :

Autrement dit, si f est une fonction continue, l'équation f(x)=k admet au moins une solution dans l'intervalle [a;b].

Exemple n°14 :

Soit la fonction f définie par f(x)=x3+5

x2+3 . L'équation f(x)=2 admet-elle au moins

(16)

une solution sur IR ? Justifier.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

Propriété n°11 : Théorème de la bijection

Si f est une fonction continue strictement monotone sur un intervalle [a;b], alors pour tout réel k de l'intervalle [f(a);f(b)], il

…...

…... tel que …...

Remarque :

Ce théorème est une conséquence (=corollaire) du théorème des valeurs intermédiaires.

Exemple n°15 :

Soit la fonction f définie par f(x)= 5

x2+3 . L'équation f(x)=1 admet-elle une solution sur IR+ ? Cette solution est-elle unique ? Justifier.

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

...

(17)

...

...

...

Interrogation n°6 Objectifs

C2.g_Niv1 :

Savoir utiliser le théorème des valeurs intermédiaires

Exercice n°19*

Ex.32 p.55

Exercice n°20*

Ex.105 p.61

Exercice n°21*

Ex.106 p.61

Exercice n°22*

Démontrer qu'il existe une fonction qui coupe toutes les droites du plan.

Exercice n°23****

Sujet A p.69

Exercice n°24**

Sujet D p.70

Exercice n°25***

Asymptotes obliques p.65

Exercice n°26**

Ex.146 p.71

Exercice n°27**

Ex.152 p.72

Exercice n°28**

Ex.153 p.73

Exercice n°29****

Ex.154 p.73

(18)

Résultats ou indices

Exercice n°1-Ex.1 p.54- x>5 ; x>50 ;

lim

x+∞

f ( x)=−∞

Exercice n°2-Ex.34 p.56- 1.

lim

x2 x>2

f ( x)=−∞

2.

lim

x+∞

f ( x)=0

Exercice n°3-Ex.8 p.54- Dans tous les cas :

lim

x+∞

f ( x)=+∞

et

lim

x+∞

g ( x)=0

1.

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=1

2.

lim

x+∞

f ( x)× g( x)=0

3.

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=+∞

4.

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=−∞

Exercice n°4-Ex.6 p.54-

1. (d1) a pour équation x = -2. (d2) a pour équation x = 1. (d3) a pour équation x = -1. 2.

lim

x−∞

f (x )=−1

,

lim

x+∞

f ( x)=−1

,

lim

x−2 x<−2

f ( x)=+∞ lim

x−2 x>−2

f ( x)=−∞

lim

x1 x<1

f ( x)=+∞ lim

x1 x>1

f ( x)=+∞

3.

Exercice n°5-Ex.36 p.56- 1.

2. Si x<-1ou x>1, c est

strictement au dessus de (d3). Si -1<x<1,c est strictement en dessous de (d3).

(19)

Exercice n°6*-Ex.63 p.58- 1.

lim

x−∞

f (x )=+∞ lim

x+∞

f ( x)=3

asymptote : y=3 en +∞

2.b.

lim

x−∞

g ( x)=0

lim

x+∞

g (x )= 1

3

2.c. asymptote y=0 en - ∞ et asymptote y=1 3 en + ∞

Exercice n°7**-Ex.7p.54- Dans tous les cas,

lim

x+∞

f ( x)=+∞

et

lim

x+∞

g (x )=−∞

Cas n°1 :

lim

x+∞

f ( x)+ g ( x)=5

; cas n°2 :

lim

x+∞

f ( x)+ g ( x)=0

; cas n°3 :

lim

x+∞

f ( x)+ g ( x)=+∞

; cas n°4 :

lim

x+∞

f ( x)+ g ( x)=−∞

-Ex.8p.54- Dans tous les cas,

lim

x+∞

f ( x)=+∞

et

lim

x+∞

g (x )=0

; cas n°1 :

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=1

; cas

n°2 :

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=0

; cas n°3 :

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=+∞

; cas n°4 :

lim

x+∞

f ( x)× g ( x)=−∞

Exercice n°8-Ex.10 p.54- a.

lim

x−∞

f (x )=−∞

et

lim

x+∞

f ( x)=+∞

b.

lim

x−∞

g ( x)=−∞

et

lim

x+∞

g (x )=+∞

c.

lim

x−∞

h( x)=−∞

et

lim

x+∞

h (x )=+∞

(20)

Exercice n°9-Ex.15 p.54- a.

lim

x−∞

f (x )=−∞

b.

lim

x−∞

g ( x)=−∞

c.

lim

x−∞

h ( x)=−∞

d.

lim

x−∞

k ( x)=+∞

Exercice n°10*-Ex.21 p.55- 1. Si x<3, 3 – x>0 ; Si x>3, 3 – x<0 2.a.

lim

x3 x>3

f ( x )=−∞

2.b.

lim

x3 x>3

g (x )=+∞

2.c.

lim

x3 x>3

h( x)=+∞

3.a.

lim

x3 x<3

f ( x )=+∞

3.b.

lim

x3 x<3

g ( x)=−∞

3.

c.

lim

x3 x<3

h ( x)=−∞

Exercice n°11*-Ex.22 p.55- 1.a.

lim

x1 x>1

f ( x)=+∞

1.b.

lim

x1 x>1

g ( x)=−∞

1.c.

lim

x1 x>1

h(x )=−∞

2.a.

lim

x1 x<1

f ( x)=−∞

2.b.

lim

x1 x<1

g ( x)=+∞

2.c.

lim

x1 x<1

h( x)=−∞

Exercice n°12-Ex.47 p.56- a.

lim

x−∞

f (x )=−∞

et

lim

x+∞

f ( x)=+∞

b.

lim

x−∞

g ( x)=+∞

et

lim

x+∞

g (x )=−∞

c.

lim

x−∞

h( x)=+∞

et

lim

x+∞

h( x )=+∞

d.

lim

x−∞

k ( x)=−∞

et

lim

x+∞

k ( x)=−∞

Exercice n°13-Ex.24 p.55-

lim

x+∞

f ( x)=+∞

,

lim

x+∞

g ( x)=+∞

et

lim

x+∞

h( x)=+∞

Exercice n°14*-Ex.78 p.59-

lim

x1 x>1

f ( x)=+∞

et

lim

x3 x<3

f ( x )=+∞

Exercice n°15-Ex.28 p.55-

lim

x+∞

f ( x)=+∞

(21)

Exercice n°16-Ex.89 p.60-

lim

x+∞

g (x)=+∞

et

lim

x−∞

g ( x)=−∞

Exercice n°17*-Ex.83 p.59- 1. La droite d d'équation y=1 est une asymptote à cf en - ∞ et + ∞.

cf est strictement en dessous de d. 2.

3. Pour x> √199, la distance entre le

point de cf, d'abscisse x et le point de d d'abscisse x est strictement inférieure à 0,01.

Exercice n°18**-Ex.86 p.60- 2. La droite d d'équation y=-3 est une asymptote à cf en - ∞ et +

∞. Si x< 5

2 cf est au-dessus de d. Si x> 5

2 cf est en dessous de d. 3.

Exercice n°19*-Ex.32 p.55- 3. 1,3<  <1,4.

Exercice n°20*-Ex.105 p.61- 1. f est strictement croissante sur R. 2. Théorème des valeurs intermédiaires 3. 1,121<  <1,122.

Exercice n°21*-Ex.106 p.61- 1. 4. -0,79<1<-0,78 et -0,79<2<-0,78.

Exercice n°23****-Sujet A p.69- P.A.1.

lim

x+∞

g (x )=−∞

P.A.3.

P.A.4.b.3,09  3,10. P.A.5.Sur [0;α[, g(x)<0 et sur ]α;+∞[,

g(x)>0.P.B.1.A'(x)=2g(x) P.B.2. Sur [0;[, A est strictement

croissante. Sur [;+∞[, A est strictement décroissante. P.C.2. Oui.

Exercice n°24**-Sujet D p.70- 1.b.2.b.3.c.4.c.

Exercice n°25***-Asymptotes obliques p.65-

>Dans le triangle MHP rectangle en H, la longueur de l’hypoténuse est supérieure à celle des autres côtés donc MH …. MP.

(22)

> 0 MHMP. Or MH=u(x) ...0 u (x) f (x) – (1 + x ).

lim

x+∞

[ f ( x)−(1 + x )]=0

est une

condition suffisante.

Exercice n°26**-Ex.146 p.71- 1. f° affine. 2.a.

lim

x−∞

f

m

( x)=−∞

et

lim

x+∞

f

m

( x)=+∞

2.b. Si m<0,

lim

x0 x<0

f

m

( x)=+∞

et

lim

x0 x>0

f

m

( x)=−∞

, Si m<0,

lim

x0 x<0

f

m

( x)=−∞

et

lim

x0 x>0

f

m

( x)=+∞

3. fm' (x)= x2−m

x2 est du signe de x2 – m. Si m<0 fm est croissante sur ]-

∞;0[ et sur ]0;+ ∞[. Si m>0 :

4. La courbe bleue est celle de f1 et la courbe rouge est celle de f-1.

Exercice n°27**-Ex.152 p.72- 2. 0,8< <0,9

Exercice n°28**-Ex.153 p.73- P.A.1. x=4 et x=8. 4000 unités et 8000 unités. 2. Au-dessous de

200€. P.B.1.

lim

x+∞

f ( x)=0

: les consommateurs sont prêts à acheter une quantité très, très grande de produit lorsque le prix est très proche de 0. P.B.2.c.455€.

Exercice n°29****-Ex.154 p.73- P.A.1.

lim

x−∞

g ( x)=−∞

et

lim

x+∞

g ( x)=+∞

P.A.2.g'(x)=9x2P.A.3.

P.A.4.

1,7<<1,71 P.A.5.

Si x< , g(x)<0.

Si x> , g(x)>0.

P.B.1.

lim

x−∞

f (x )=−∞

et

lim

x+∞

f ( x)=+∞

,

lim

x0 x<0

f (x )=+∞

et

lim

x0 x>0

f ( x)=+∞

.

L'axe des ordonnées est une asymptote à c'.

P.B.3.

P.B.4.a.

Si -1x<0 ou x>0, c' est au-dessus de d. Si -1x, c' est en-dessous de d.

(23)

P.B.4.b.

lim

x−∞

d ( x)=0

et

lim

x+∞

d ( x )=0

. Lorsque x tend vers l’infini, la distance entre le point de c' d’abscisse x et le point de d d’abscisse x tend vers 0.

P.B.5.

(24)

Rayez les lignes inutiles. Si un cours n'est pas validé, NE PAS FAIRE de travail au-delà.

Date : …...

Nom, prénom et classe :

…...

* Je veux repasser l'interrogation n°... du chap. n°...

* Je veux repasser le contrôle n°...

Travail fait en classe :

- Act n° …. Cours n° :... Ex.n° : … / … / … / ...

Travail à faire pour la prochaine fois :

- Act n° …. Cours n° :... Ex.n° : … / … / … / ...

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