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Limites et comportements asymptotiques — cours

3ème année · section Sciences expérimentales · mathématiques, programme officiel tunisien.

Le cours

Rappel · 1

Complète les règles de signe pour le quotient L0\frac{L}{0} avec L>0L > 0 :

Remarque

Si le dénominateur tend vers 00 en restant strictement positif (0+0^+), le quotient d'un réel L>0L > 0 donne +∞+\infty. S'il tend vers 00 en restant négatif (0−0^-), le quotient donne −∞-\infty.

Point de départ · 2

On considère la fonction f(x)=1x−2f(x) = \frac{1}{x-2}. Lorsque xx se rapproche de 22 par valeurs supérieures (x>2x > 2), que devient la valeur de f(x)f(x) ?

Le dénominateur x−2x-2 devient infiniment petit et positif (0+0^+), donc le quotient prend des valeurs positives arbitrairement grandes : f(x)f(x) tend vers +∞+\infty. Graphiquement, la courbe s'élève le long de la droite verticale x=2x=2.

Définition · 3

Asymptote verticale

Soit ff une fonction définie sur un intervalle ouvert II, sauf en un réel aa.

Si lim⁡x→a+f(x)=±∞oulim⁡x→a−f(x)=±∞\text{Si } \lim_{x \to a^+} f(x) = \pm\infty \quad \text{ou} \quad \lim_{x \to a^-} f(x) = \pm\infty

alors la droite d'équation x=ax = a est une asymptote verticale à la courbe Cf\mathcal{C}_f.

Remarque

Il suffit qu'au moins une des deux limites latérales soit infinie pour conclure à l'existence de l'asymptote verticale.

Exemple travaillé · 4

Soit f(x)=x+1x−3f(x) = \frac{x+1}{x-3}. Justifie que la courbe Cf\mathcal{C}_f admet une asymptote verticale dont tu préciseras l'équation.

1

On détermine l'ensemble de définition : le dénominateur s'annule en x=3x = 3. Ainsi, Df=R∖{3}D_f = \mathbb{R} \setminus \{3\}.

2

On calcule la limite du numérateur : lim⁡x→3(x+1)=4>0\lim_{x \to 3} (x+1) = 4 > 0.

3

On étudie le signe du dénominateur : si x>3x > 3, x−3>0x-3 > 0 (0+0^+) ; si x<3x < 3, x−3<0x-3 < 0 (0−0^-).

4
lim⁡x→3+f(x)=40+=+∞etlim⁡x→3−f(x)=40−=−∞\lim_{x \to 3^+} f(x) = \frac{4}{0^+} = +\infty \quad \text{et} \quad \lim_{x \to 3^-} f(x) = \frac{4}{0^-} = -\infty
5

Les limites latérales en 33 étant infinies, la droite d'équation x=3x = 3 est une asymptote verticale à la courbe Cf\mathcal{C}_f.

Exemple travaillé · 5

Soit g(x)=x−6(2x−1)2g(x) = \frac{x-6}{(2x-1)^2}. Détermine la limite de gg en 12\frac{1}{2} et précise l'asymptote associée.

1

Le dénominateur s'annule en x=12x = \frac{1}{2}. Le numérateur tend vers 12−6=−112<0\frac{1}{2} - 6 = -\frac{11}{2} < 0.

2

Pour tout x≠12x \neq \frac{1}{2}, le terme (2x−1)2(2x-1)^2 est un carré non nul, donc (2x−1)2>0(2x-1)^2 > 0. Le dénominateur tend vers 0+0^+ à gauche comme à droite.

3
lim⁡x→12g(x)=−1120+=−∞\lim_{x \to \frac{1}{2}} g(x) = \frac{-\frac{11}{2}}{0^+} = -\infty
4

La limite en 12\frac{1}{2} étant −∞-\infty, la droite d'équation x=12x = \frac{1}{2} est une asymptote verticale à la courbe représentative de gg.

Piège classique · 6

Soit h(x)=x2−1x−1h(x) = \frac{x^2-1}{x-1} définie sur R∖{1}\mathbb{R} \setminus \{1\}. La droite d'équation x=1x = 1 est-elle une asymptote verticale à la courbe de hh ?

Attention

Conclure immédiatement qu'il y a une asymptote verticale parce que x=1x=1 annule le dénominateur.

À la place : En x=1x=1, le numérateur s'annule aussi (0/00/0). Pour x≠1x \neq 1, h(x)=(x−1)(x+1)x−1=x+1h(x) = \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = x+1, donc lim⁡x→1h(x)=2\lim_{x \to 1} h(x) = 2. La limite étant finie, il n'y a pas d'asymptote verticale (la fonction admet un prolongement par continuité).

Vérification · 7

On considère la fonction f(x)=2x2−4x+6x2−3x+2f(x) = \frac{2x^2-4x+6}{x^2-3x+2}. Quelles sont les asymptotes verticales de sa courbe représentative ?

Remarque

Le dénominateur se factorise en (x−1)(x−2)(x-1)(x-2). En x=1x=1, le numérateur vaut 2(1)2−4(1)+6=4≠02(1)^2-4(1)+6 = 4 \neq 0. En x=2x=2, il vaut 2(4)−4(2)+6=6≠02(4)-4(2)+6 = 6 \neq 0. Les deux limites sont donc infinies : les droites x=1x=1 et x=2x=2 sont deux asymptotes verticales.

Point de départ · 8

On considère la fonction f(x)=2x+1x+3f(x) = \frac{2x+1}{x+3}. Lorsque xx prend des valeurs de plus en plus grandes (x→+∞x \to +\infty), f(x)f(x) se rapproche de 22. Quelle droite la courbe Cf\mathcal{C}_f semble-t-elle longer à l'infini ?

À mesure que l'abscisse xx grandit, les ordonnées f(x)f(x) se stabilisent autour de la valeur fixe 22. La courbe s'écrase sur la droite horizontale d'équation y=2y = 2.

Définition · 9

Asymptote horizontale

Soit ff une fonction définie au voisinage de +∞+\infty (respectivement de −∞-\infty) et LL un nombre réel.

Si lim⁡x→+∞f(x)=L(respectivement lim⁡x→−∞f(x)=L)\text{Si } \lim_{x \to +\infty} f(x) = L \quad (\text{respectivement } \lim_{x \to -\infty} f(x) = L)

alors la droite d'équation y=Ly = L est une asymptote horizontale à la courbe Cf\mathcal{C}_f au voisinage de +∞+\infty (respectivement de −∞-\infty).

Remarque

L'existence d'une asymptote horizontale traduit le fait que l'écart vertical ∣f(x)−L∣|f(x) - L| tend vers 00 lorsque xx tend vers l'infini.

Exemple travaillé · 10

Soit f(x)=3x2−5xx2+4f(x) = \frac{3x^2-5x}{x^2+4}. Justifie que la courbe Cf\mathcal{C}_f admet une asymptote horizontale en +∞+\infty et en −∞-\infty, puis précise son équation.

1

La fonction ff est une fraction rationnelle définie sur R\mathbb{R} car son dénominateur ne s'annule jamais (x2+4>0x^2+4 > 0 pour tout réel xx).

2

Au voisinage de l'infini, la limite d'une fonction rationnelle est égale à la limite du quotient de ses termes de plus haut degré :

3
lim⁡x→+∞f(x)=lim⁡x→+∞3x2x2=3etlim⁡x→−∞f(x)=lim⁡x→−∞3x2x2=3\lim_{x \to +\infty} f(x) = \lim_{x \to +\infty} \frac{3x^2}{x^2} = 3 \quad \text{et} \quad \lim_{x \to -\infty} f(x) = \lim_{x \to -\infty} \frac{3x^2}{x^2} = 3
4

Puisque la limite est le réel fini 33, la droite d'équation y=3y = 3 est une asymptote horizontale à la courbe Cf\mathcal{C}_f au voisinage de +∞+\infty et de −∞-\infty.

Exemple travaillé · 11

Soit g(x)=2x−1∣x−3∣g(x) = \frac{2x-1}{|x-3|} définie sur R∖{3}\mathbb{R} \setminus \{3\}. Montre que la courbe de gg admet deux asymptotes horizontales distinctes en +∞+\infty et en −∞-\infty.

1

Au voisinage de +∞+\infty, on a x>3x > 3, donc ∣x−3∣=x−3|x-3| = x-3. L'expression devient g(x)=2x−1x−3g(x) = \frac{2x-1}{x-3}.

2
lim⁡x→+∞g(x)=lim⁡x→+∞2xx=2\lim_{x \to +\infty} g(x) = \lim_{x \to +\infty} \frac{2x}{x} = 2
3

La droite d'équation y=2y = 2 est donc asymptote horizontale à la courbe au voisinage de +∞+\infty.

4

Au voisinage de −∞-\infty, on a x<3x < 3, donc ∣x−3∣=−(x−3)=−x+3|x-3| = -(x-3) = -x+3. L'expression devient g(x)=2x−1−x+3g(x) = \frac{2x-1}{-x+3}.

5
lim⁡x→−∞g(x)=lim⁡x→−∞2x−x=−2\lim_{x \to -\infty} g(x) = \lim_{x \to -\infty} \frac{2x}{-x} = -2
6

La droite d'équation y=−2y = -2 est donc asymptote horizontale à la courbe au voisinage de −∞-\infty.

Vérification · 12

On sait qu'une fonction ff vérifie lim⁡x→+∞f(x)=−5\lim_{x \to +\infty} f(x) = -5. Quelle est la conclusion graphique exacte ?

Remarque

Une limite finie LL lorsque x→+∞x \to +\infty correspond à une droite horizontale d'équation y=Ly = L. Ici, l'asymptote a pour équation y=−5y = -5.

Point de départ · 13

On considère la fonction f(x)=2x−1+1xf(x) = 2x - 1 + \frac{1}{x}. Lorsque xx devient très grand (x→+∞x \to +\infty), le terme 1x\frac{1}{x} devient négligeable. De quelle droite la courbe Cf\mathcal{C}_f semble-t-elle se rapprocher ?

Lorsque x→+∞x \to +\infty, 1x→0\frac{1}{x} \to 0, donc f(x)≈2x−1f(x) \approx 2x - 1. La distance verticale entre la courbe et la droite d'équation y=2x−1y = 2x - 1 s'annule à l'infini : cette droite oblique sert de guide à la courbe.

Définition · 14

Asymptote oblique

Soit ff une fonction définie au voisinage de +∞+\infty (respectivement de −∞-\infty) et Δ\Delta une droite d'équation y=ax+by = ax + b avec a≠0a \neq 0.

Si lim⁡x→+∞[f(x)−(ax+b)]=0(respectivement lim⁡x→−∞[f(x)−(ax+b)]=0)\text{Si } \lim_{x \to +\infty} [f(x) - (ax + b)] = 0 \quad (\text{respectivement } \lim_{x \to -\infty} [f(x) - (ax + b)] = 0)

alors la droite Δ:y=ax+b\Delta : y = ax + b est une asymptote oblique à la courbe Cf\mathcal{C}_f au voisinage de +∞+\infty (respectivement de −∞-\infty).

Remarque

Une asymptote oblique peut parfaitement couper la courbe Cf\mathcal{C}_f en un ou plusieurs points finis : seule compte l'annulation de l'écart à l'infini.

Exemple travaillé · 15

Soit f(x)=x2−3x+3x−2f(x) = \frac{x^2-3x+3}{x-2} définie sur R∖{2}\mathbb{R} \setminus \{2\}. Démontre que la droite Δ\Delta d'équation y=x−1y = x - 1 est une asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f au voisinage de +∞+\infty.

1

On forme l'expression de la différence f(x)−(x−1)f(x) - (x-1) pour tout x≠2x \neq 2 :

2
f(x)−(x−1)=x2−3x+3x−2−(x−1)f(x) - (x-1) = \frac{x^2-3x+3}{x-2} - (x-1)
3

On réduit au même dénominateur en développant (x−1)(x−2)=x2−3x+2(x-1)(x-2) = x^2 - 3x + 2 :

4
f(x)−(x−1)=x2−3x+3−(x2−3x+2)x−2=1x−2f(x) - (x-1) = \frac{x^2-3x+3 - (x^2-3x+2)}{x-2} = \frac{1}{x-2}
5

On évalue la limite de cette différence en +∞+\infty :

6
lim⁡x→+∞[f(x)−(x−1)]=lim⁡x→+∞1x−2=0\lim_{x \to +\infty} [f(x) - (x-1)] = \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x-2} = 0
7

La limite étant nulle, la droite Δ:y=x−1\Delta : y = x - 1 est une asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f au voisinage de +∞+\infty.

Exemple travaillé · 16

Soit f(x)=x2+3x+4x+2f(x) = \frac{x^2+3x+4}{x+2} définie sur R∖{−2}\mathbb{R} \setminus \{-2\}. Détermine l'équation de l'asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f en +∞+\infty et −∞-\infty par identification des coefficients.

1

On cherche trois réels aa, bb et cc tels que pour tout x≠−2x \neq -2 :

2
f(x)=ax+b+cx+2f(x) = ax + b + \frac{c}{x+2}
3

On réduit au même dénominateur et on ordonne le numérateur :

4
ax+b+cx+2=(ax+b)(x+2)+cx+2=ax2+(2a+b)x+(2b+c)x+2ax + b + \frac{c}{x+2} = \frac{(ax+b)(x+2)+c}{x+2} = \frac{ax^2 + (2a+b)x + (2b+c)}{x+2}
5

Par identification avec x2+3x+4x^2 + 3x + 4, on établit et on résout le système :

6
{a=12a+b=3  ⟹  b=3−2(1)=12b+c=4  ⟹  c=4−2(1)=2\begin{cases} a = 1 \\ 2a+b = 3 \implies b = 3 - 2(1) = 1 \\ 2b+c = 4 \implies c = 4 - 2(1) = 2 \end{cases}
7

On en déduit l'écriture décomposée f(x)=x+1+2x+2f(x) = x + 1 + \frac{2}{x+2}. Comme lim⁡x→±∞2x+2=0\lim_{x \to \pm\infty} \frac{2}{x+2} = 0, la droite d'équation y=x+1y = x + 1 est l'asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f aux voisinages de +∞+\infty et −∞-\infty.

Vérification · 17

On considère la fonction g(x)=−x+3+2x2+1g(x) = -x + 3 + \frac{2}{x^2+1} définie sur R\mathbb{R}. Quelle est l'asymptote oblique à sa courbe représentative ?

Remarque

L'expression est déjà décomposée sous la forme ax+b+φ(x)ax+b+\varphi(x) avec ax+b=−x+3ax+b = -x+3. Puisque lim⁡x→±∞2x2+1=0\lim_{x \to \pm\infty} \frac{2}{x^2+1} = 0, la droite d'équation y=−x+3y = -x + 3 est directement l'asymptote oblique en +∞+\infty et en −∞-\infty.

Définition · 18

Position relative d'une courbe et de son asymptote

Pour étudier la position de la courbe Cf\mathcal{C}_f par rapport à une droite asymptote Δ\Delta d'équation y=ax+by = ax+b (ou y=Ly = L), on étudie le signe algébrique de la différence f(x)−yΔf(x) - y_\Delta sur le domaine d'étude.

f(x)−yΔ>0  ⟺  Cf est situeˊe strictement au-dessus de Δf(x) - y_\Delta > 0 \iff \mathcal{C}_f \text{ est située strictement au-dessus de } \Delta

f(x)−yΔ<0  ⟺  Cf est situeˊe strictement en dessous de Δf(x) - y_\Delta < 0 \iff \mathcal{C}_f \text{ est située strictement en dessous de } \Delta

Remarque

Si la différence s'annule en un réel x0x_0, la courbe Cf\mathcal{C}_f et la droite Δ\Delta se coupent au point d'abscisse x0x_0.

Exemple travaillé · 19

Soit f(x)=x−1+4x−2f(x) = x - 1 + \frac{4}{x-2} définie sur R∖{2}\mathbb{R} \setminus \{2\} et Δ\Delta la droite d'équation y=x−1y = x - 1. Étudie la position relative de Cf\mathcal{C}_f par rapport à Δ\Delta.

1

On calcule la différence entre f(x)f(x) et l'équation de l'asymptote pour tout x≠2x \neq 2 :

2
f(x)−(x−1)=4x−2f(x) - (x - 1) = \frac{4}{x-2}
3

Le numérateur 44 est strictement positif. Le signe de la différence dépend uniquement du dénominateur x−2x-2 :

x−∞-\infty2+∞+\infty
x-2-0+
f(x)−yΔf(x)-y_\Delta-‖+
4

Sur ]−∞    2[]-\infty\,\;\, 2[, la différence est négative : Cf\mathcal{C}_f est située en dessous de Δ\Delta.

5

Sur ]2    +∞[]2\,\;\, +\infty[, la différence est positive : Cf\mathcal{C}_f est située au-dessus de Δ\Delta.

Piège classique · 20

Sachant que lim⁡x→+∞[f(x)−(x−1)]=0\lim_{x \to +\infty} [f(x) - (x-1)] = 0, peut-on affirmer que la courbe Cf\mathcal{C}_f est toujours au-dessus de l'asymptote y=x−1y = x-1 ?

Attention

Confondre la limite nulle de la différence avec un signe positif constant sur tout le domaine.

À la place : La limite nulle garantit seulement que la courbe se rapproche de la droite à l'infini. Pour connaître la position (au-dessus ou en dessous), il faut impérativement étudier le signe de la différence f(x)−(x−1)f(x) - (x-1) sur chaque intervalle.

Exemple travaillé · 21

Soit f(x)=x+3x−1x2f(x) = x + \frac{3x-1}{x^2} définie sur R∗\mathbb{R}^* et Δ\Delta la droite d'équation y=xy = x. Étudie la position de Cf\mathcal{C}_f par rapport à Δ\Delta et détermine leur point d'intersection.

1

On calcule la différence : f(x)−yΔ=(x+3x−1x2)−x=3x−1x2f(x) - y_\Delta = \left(x + \frac{3x-1}{x^2}\right) - x = \frac{3x-1}{x^2}.

2

Pour tout x≠0x \neq 0, le dénominateur x2x^2 est strictement positif. Le signe de la différence dépend uniquement du numérateur 3x−13x - 1.

3

On résout f(x)−yΔ=0  ⟺  3x−1=0  ⟺  x=13f(x) - y_\Delta = 0 \iff 3x - 1 = 0 \iff x = \frac{1}{3}. La courbe Cf\mathcal{C}_f coupe Δ\Delta au point K(13    13)K\left(\frac{1}{3}\,\;\, \frac{1}{3}\right).

4

Sur ]−∞    0[]-\infty\,\;\, 0[ et sur ]0    13[]0\,\;\, \frac{1}{3}[, 3x−1<03x-1 < 0 : Cf\mathcal{C}_f est située en dessous de Δ\Delta.

5

Sur ]13    +∞[]\frac{1}{3}\,\;\, +\infty[, 3x−1>03x-1 > 0 : Cf\mathcal{C}_f est située au-dessus de Δ\Delta.

Vérification · 22

Soit f(x)=1+5x−14(x−2)2f(x) = 1 + \frac{5x-14}{(x-2)^2} définie sur R∖{2}\mathbb{R} \setminus \{2\}. Au voisinage de +∞+\infty, quelle est la position de Cf\mathcal{C}_f par rapport à son asymptote horizontale y=1y = 1 ?

Remarque

La différence f(x)−1=5x−14(x−2)2f(x) - 1 = \frac{5x-14}{(x-2)^2} a un dénominateur strictement positif. Pour x>2,8x > 2{,}8, 5x−14>05x-14 > 0, donc f(x)−1>0f(x) - 1 > 0 : au voisinage de +∞+\infty, Cf\mathcal{C}_f est strictement au-dessus de son asymptote.

Rappel · 23

Complète la simplification de x2\sqrt{x^2} selon le signe du réel xx :

Remarque

Pour tout réel xx, on a x2=∣x∣\sqrt{x^2} = |x|. Lorsque x<0x < 0 (notamment pour une limite au voisinage de −∞-\infty), la valeur absolue se simplifie en −x-x.

Point de départ · 24

On compare les limites en +∞+\infty de f(x)=4x2+1−xf(x) = \sqrt{4x^2+1} - x et g(x)=x2+1−xg(x) = \sqrt{x^2+1} - x. Pour laquelle de ces deux fonctions les termes dominants s'annulent-ils exactement en +∞+\infty ?

Pour f(x)f(x), le terme sous la racine se comporte comme 4x2=2x\sqrt{4x^2} = 2x, donc la différence des dominants est 2x−x=x→+∞2x - x = x \to +\infty : la factorisation par xx suffit. Pour g(x)g(x), le dominant est x2=x\sqrt{x^2} = x, donc les dominants se compensent (x−x=0x - x = 0) : seule l'expression conjuguée permet de lever l'indétermination.

Définition · 25

Levée d'indétermination sur ax2+bx+c+dx\sqrt{ax^2+bx+c} + dx en l'infini

Soit une expression du type ax2+bx+c+dx\sqrt{ax^2+bx+c} + dx avec a>0a > 0 et d≠0d \neq 0, présentant une forme indéterminée ∞−∞\infty - \infty en +∞+\infty ou −∞-\infty :

Si a≠∣d∣  ⟹  Factoriser par ∣x∣ sous et hors de la racine\text{Si } \sqrt{a} \neq |d| \implies \text{Factoriser par } |x| \text{ sous et hors de la racine}
Si a=∣d∣ (avec termes de signes opposeˊs)  ⟹  Multiplier par la quantiteˊ conjugueˊe\text{Si } \sqrt{a} = |d| \text{ (avec termes de signes opposés)} \implies \text{Multiplier par la quantité conjuguée}

Remarque

Attention au signe lors de la factorisation : x2=x\sqrt{x^2} = x en +∞+\infty, mais x2=−x\sqrt{x^2} = -x en −∞-\infty.

Exemple travaillé · 26

Calcule lim⁡x→+∞(9x2−8x+6−x)\lim_{x \to +\infty} (\sqrt{9x^2-8x+6} - x).

1

On compare les coefficients : 9=3≠1\sqrt{9} = 3 \neq 1. Les termes dominants ne se compensent pas, on procède par factorisation par xx (puisque x>0x > 0 en +∞+\infty).

2
9x2−8x+6−x=x2(9−8x+6x2)−x=x9−8x+6x2−x\sqrt{9x^2-8x+6} - x = \sqrt{x^2\left(9 - \frac{8}{x} + \frac{6}{x^2}\right)} - x = x\sqrt{9 - \frac{8}{x} + \frac{6}{x^2}} - x
3
=x(9−8x+6x2−1)= x\left(\sqrt{9 - \frac{8}{x} + \frac{6}{x^2}} - 1\right)
4

On évalue les limites des facteurs :

5
lim⁡x→+∞x=+∞etlim⁡x→+∞(9−8x+6x2−1)=9−1=2>0\lim_{x \to +\infty} x = +\infty \quad \text{et} \quad \lim_{x \to +\infty} \left(\sqrt{9 - \frac{8}{x} + \frac{6}{x^2}} - 1\right) = \sqrt{9} - 1 = 2 > 0
6

Par produit de limites, on conclut : lim⁡x→+∞(9x2−8x+6−x)=+∞\lim_{x \to +\infty} (\sqrt{9x^2-8x+6} - x) = +\infty.

Exemple travaillé · 27

Calcule lim⁡x→+∞(x2−4x−x)\lim_{x \to +\infty} (\sqrt{x^2-4x} - x).

1

Ici a=1a = 1 et d=−1d = -1, donc a=∣d∣=1\sqrt{a} = |d| = 1. Les termes dominants s'annulent (x−x=0x - x = 0). On multiplie et divise par l'expression conjuguée :

2
x2−4x−x=(x2−4x−x)(x2−4x+x)x2−4x+x=(x2−4x)−x2x2−4x+x=−4xx2−4x+x\sqrt{x^2-4x} - x = \frac{(\sqrt{x^2-4x} - x)(\sqrt{x^2-4x} + x)}{\sqrt{x^2-4x} + x} = \frac{(x^2-4x) - x^2}{\sqrt{x^2-4x} + x} = \frac{-4x}{\sqrt{x^2-4x} + x}
3

Pour x>0x > 0, on factorise le dénominateur par xx car x2−4x=x1−4x\sqrt{x^2-4x} = x\sqrt{1 - \frac{4}{x}} :

4
−4xx(1−4x+1)=−41−4x+1\frac{-4x}{x\left(\sqrt{1 - \frac{4}{x}} + 1\right)} = \frac{-4}{\sqrt{1 - \frac{4}{x}} + 1}
5

Comme lim⁡x→+∞(1−4x+1)=1+1=2\lim_{x \to +\infty} \left(\sqrt{1 - \frac{4}{x}} + 1\right) = 1 + 1 = 2, on obtient par quotient : lim⁡x→+∞(x2−4x−x)=−42=−2\lim_{x \to +\infty} (\sqrt{x^2-4x} - x) = \frac{-4}{2} = -2.

Piège classique · 28

Pour calculer lim⁡x→−∞(−x+x2−4)\lim_{x \to -\infty} (-x + \sqrt{x^2-4}), faut-il utiliser l'expression conjuguée ?

Attention

Appliquer l'expression conjuguée par réflexe dès qu'apparaissent un radical et un signe « - ».

À la place : En −∞-\infty, on a lim⁡x→−∞(−x)=+∞\lim_{x \to -\infty} (-x) = +\infty et lim⁡x→−∞x2−4=+∞\lim_{x \to -\infty} \sqrt{x^2-4} = +\infty. Il s'agit d'une somme directe de termes tendant vers +∞+\infty, donc la limite vaut directement +∞+\infty sans aucune indétermination.

Piège classique · 29

Lors de la factorisation de x2+2x\sqrt{x^2+2x} pour x<0x < 0 (au voisinage de −∞-\infty), quelle expression obtient-on ?

Attention

Écrire x2(1+2/x)=x1+2/x\sqrt{x^2(1+2/x)} = x\sqrt{1+2/x} en omettant le signe négatif de la variable.

À la place : Pour tout x<0x < 0, x2=∣x∣=−x\sqrt{x^2} = |x| = -x. L'écriture correcte est donc −x1+2x-x\sqrt{1+\frac{2}{x}}.

Exemple travaillé · 30

Soit f(x)=x2+6x+8f(x) = \sqrt{x^2+6x+8}. Démontre que la droite Δ\Delta d'équation y=−x−3y = -x - 3 est une asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f au voisinage de −∞-\infty.

1

On étudie la limite de la différence f(x)−(−x−3)=x2+6x+8+(x+3)f(x) - (-x - 3) = \sqrt{x^2+6x+8} + (x+3) quand x→−∞x \to -\infty.

2

Puisque x2+6x+8→+∞\sqrt{x^2+6x+8} \to +\infty et x+3→−∞x+3 \to -\infty, il y a indétermination. On applique la quantité conjuguée :

3
(x2+6x+8+(x+3))(x2+6x+8−(x+3))x2+6x+8−(x+3)=(x2+6x+8)−(x+3)2x2+6x+8−x−3\frac{(\sqrt{x^2+6x+8} + (x+3))(\sqrt{x^2+6x+8} - (x+3))}{\sqrt{x^2+6x+8} - (x+3)} = \frac{(x^2+6x+8) - (x+3)^2}{\sqrt{x^2+6x+8} - x - 3}
4

On développe le numérateur : (x2+6x+8)−(x2+6x+9)=−1(x^2+6x+8) - (x^2+6x+9) = -1.

5

En −∞-\infty, on a x2+6x+8→+∞\sqrt{x^2+6x+8} \to +\infty et −x−3→+∞-x-3 \to +\infty, donc le dénominateur tend vers +∞+\infty.

6
lim⁡x→−∞[f(x)−(−x−3)]=lim⁡x→−∞−1x2+6x+8−x−3=0\lim_{x \to -\infty} [f(x) - (-x-3)] = \lim_{x \to -\infty} \frac{-1}{\sqrt{x^2+6x+8} - x - 3} = 0
7

La limite étant nulle, la droite d'équation y=−x−3y = -x - 3 est bien une asymptote oblique à Cf\mathcal{C}_f au voisinage de −∞-\infty.

Vérification · 31

Quelle méthode permet de calculer lim⁡x→+∞(4x2+3x−2x)\lim_{x \to +\infty} (\sqrt{4x^2+3x} - 2x) et quelle est sa valeur ?

Remarque

Puisque 4=2\sqrt{4} = 2, les coefficients dominants s'annulent (2x−2x=02x - 2x = 0) : l'expression conjuguée est obligatoire. Elle donne 3x4x2+3x+2x=34+3/x+2→32+2=34\frac{3x}{\sqrt{4x^2+3x}+2x} = \frac{3}{\sqrt{4+3/x}+2} \to \frac{3}{2+2} = \frac{3}{4}.

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