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Limites et Continuité — cours

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

Le cours

Point de départ · 1

Soit la fonction définie par f(x)=2x+1f(x) = 2x + 1.

Que vaut f(3)f(3) ? Vers quelle valeur tend f(x)f(x) lorsque xx se rapproche infiniment de 33 ?

Pour x=3x = 3, on a f(3)=2(3)+1=7f(3) = 2(3) + 1 = 7.

Lorsque xx s'approche de 33, les valeurs de 2x+12x + 1 s'approchent également de 77 : la limite coïncide exactement avec l'image. Le tracé de la courbe ne présente aucune rupture en ce point.

Définition · 2

Continuité en un point

Soit ff une fonction définie sur un intervalle ouvert II et aa un réel de II.

lim⁡x→af(x)=f(a)\lim_{x \to a} f(x) = f(a)

On dit que la fonction ff est continue en aa si et seulement si sa limite en aa existe, est finie, et coïncide avec f(a)f(a).

Exemple travaillé · 3

Déterminer la limite de la fonction f(x)=x2−2x+3f(x) = \sqrt{x^2 - 2x + 3} en a=1a = 1.

1

On étudie d'abord le signe du trinôme sous le radical : P(x)=x2−2x+3P(x) = x^2 - 2x + 3.

2
Δ=(−2)2−4(1)(3)=4−12=−8<0\Delta = (-2)^2 - 4(1)(3) = 4 - 12 = -8 < 0
3

Le discriminant étant strictement négatif et le coefficient de x2x^2 positif (1>01 > 0), on a x2−2x+3>0x^2 - 2x + 3 > 0 pour tout réel xx. La fonction ff est donc définie et continue sur R\mathbb{R}.

4

Puisque ff est continue en a=1a = 1, la limite se calcule par substitution directe :

5
lim⁡x→1x2−2x+3=f(1)=12−2(1)+3=2\lim_{x \to 1} \sqrt{x^2 - 2x + 3} = f(1) = \sqrt{1^2 - 2(1) + 3} = \sqrt{2}

Définition · 4

Théorème de coïncidence

Soit ff une fonction définie sur un intervalle ouvert II, sauf peut-être en un réel aa de II, et soit gg une fonction définie sur II.

∀x∈I∖{a},f(x)=g(x)etg continue en a\forall x \in I \setminus \{a\}, \quad f(x) = g(x) \quad \text{et} \quad g \text{ continue en } a

lim⁡x→af(x)=g(a)\lim_{x \to a} f(x) = g(a)

Exemple travaillé · 5

Calculer la limite de la fonction ff en a=2a = 2, avec f(x)=x2−5x+6x−2f(x) = \frac{x^2 - 5x + 6}{x - 2}.

1

L'évaluation directe en x=2x = 2 donne 22−5(2)+62−2=00\frac{2^2 - 5(2) + 6}{2 - 2} = \frac{0}{0}, qui est une forme indéterminée.

2

Le réel 22 est racine du numérateur. On factorise le trinôme : x2−5x+6=(x−2)(x−3)x^2 - 5x + 6 = (x - 2)(x - 3).

3

Pour tout x≠2x \neq 2, on simplifie par le facteur commun (x−2)(x - 2) :

4
f(x)=(x−2)(x−3)x−2=x−3f(x) = \frac{(x - 2)(x - 3)}{x - 2} = x - 3
5

La fonction g:x↦x−3g : x \mapsto x - 3 est continue sur R\mathbb{R}. Par le théorème de coïncidence :

6
lim⁡x→2f(x)=g(2)=2−3=−1\lim_{x \to 2} f(x) = g(2) = 2 - 3 = -1

Piège classique · 6

Soit la fonction ff définie sur R∖{1}\mathbb{R} \setminus \{1\} par f(x)=x2−1x−1f(x) = \frac{x^2 - 1}{x - 1}.

Peut-on affirmer que ff admet une limite en 11 ?

Attention

Affirmer que la limite n'existe pas sous prétexte que 1 n'appartient pas au domaine de définition de f.

À la place : La limite en un point étudie le comportement de f(x) quand x est voisin de 1 (avec x != 1). Ici, pour x != 1, f(x) = x + 1, donc la limite en 1 existe et vaut 2.

Vérification · 7

Déterminer la limite de la fonction f(x)=x2+5xx−1f(x) = \frac{x^2 + 5x}{x - 1} en a=−2a = -2.

Remarque

En a=−2a = -2, le dénominateur vaut −2−1=−3≠0-2 - 1 = -3 \neq 0. La fonction rationnelle est continue en −2-2, donc on remplace directement : lim⁡x→−2f(x)=(−2)2+5(−2)−2−1=4−10−3=−6−3=2\lim_{x \to -2} f(x) = \frac{(-2)^2 + 5(-2)}{-2 - 1} = \frac{4 - 10}{-3} = \frac{-6}{-3} = 2.

Point de départ · 8

Soit la fonction ff définie sur R∗\mathbb{R}^* par f(x)=∣x∣xf(x) = \frac{|x|}{x}.

Que vaut f(x)f(x) lorsque x>0x > 0 ? Et lorsque x<0x < 0 ? Que peut-on dire du comportement de f(x)f(x) au voisinage de 00 ?

Pour tout x>0x > 0, on a ∣x∣=x|x| = x, donc f(x)=xx=1f(x) = \frac{x}{x} = 1.

Pour tout x<0x < 0, on a ∣x∣=−x|x| = -x, donc f(x)=−xx=−1f(x) = \frac{-x}{x} = -1.

Quand xx s'approche de 00 par la droite, f(x)f(x) reste égal à 11. Quand xx s'approche de 00 par la gauche, f(x)f(x) reste égal à −1-1. La fonction adopte deux comportements distincts selon le côté d'approche.

Définition · 9

Limites latérales et limite globale

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

lim⁡x→a+f(x)=Letlim⁡x→a−f(x)=L′\lim_{x \to a^+} f(x) = L \quad \text{et} \quad \lim_{x \to a^-} f(x) = L'

La notation x→a+x \to a^+ désigne la limite à droite (x>ax > a) et x→a−x \to a^- la limite à gauche (x<ax < a).

Condition d'existence de la limite globale

lim⁡x→af(x)=L  ⟺  lim⁡x→a+f(x)=lim⁡x→a−f(x)=L\lim_{x \to a} f(x) = L \iff \lim_{x \to a^+} f(x) = \lim_{x \to a^-} f(x) = L

Exemple travaillé · 10

Soit la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par :
f(x)={2x+1si x≥1x2+2si x<1f(x) = \begin{cases} 2x + 1 & \text{si } x \ge 1 \\ x^2 + 2 & \text{si } x < 1 \end{cases}

Déterminer la limite de ff à gauche et à droite en 11, puis conclure sur l'existence de lim⁡x→1f(x)\lim_{x \to 1} f(x).

1

On calcule la limite à droite (x>1x > 1) en utilisant la branche correspondante :

2
lim⁡x→1+f(x)=lim⁡x→1+(2x+1)=2(1)+1=3\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} (2x + 1) = 2(1) + 1 = 3
3

On calcule la limite à gauche (x<1x < 1) sur la seconde branche :

4
lim⁡x→1−f(x)=lim⁡x→1−(x2+2)=12+2=3\lim_{x \to 1^-} f(x) = \lim_{x \to 1^-} (x^2 + 2) = 1^2 + 2 = 3
5

Puisque les deux limites latérales existent, sont finies et égales à 33, la limite globale existe :

6
lim⁡x→1f(x)=3\lim_{x \to 1} f(x) = 3

Exemple travaillé · 11

Étudier la limite en a=3a = 3 de la fonction ff définie sur R∖{3}\mathbb{R} \setminus \{3\} par f(x)=x2−9(x−3)2f(x) = \frac{x^2 - 9}{\sqrt{(x - 3)^2}}.

1

On simplifie d'abord le dénominateur à l'aide de l'identité X2=∣X∣\sqrt{X^2} = |X| :

2
f(x)=(x−3)(x+3)∣x−3∣f(x) = \frac{(x - 3)(x + 3)}{|x - 3|}
3

Pour x>3x > 3, on a x−3>0x - 3 > 0, donc ∣x−3∣=x−3|x - 3| = x - 3. L'expression devient f(x)=x+3f(x) = x + 3 :

4
lim⁡x→3+f(x)=lim⁡x→3+(x+3)=6\lim_{x \to 3^+} f(x) = \lim_{x \to 3^+} (x + 3) = 6
5

Pour x<3x < 3, on a x−3<0x - 3 < 0, donc ∣x−3∣=−(x−3)|x - 3| = -(x - 3). L'expression devient f(x)=−(x+3)f(x) = -(x + 3) :

6
lim⁡x→3−f(x)=lim⁡x→3−−(x+3)=−6\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^-} -(x + 3) = -6
7

Comme lim⁡x→3+f(x)=6≠−6=lim⁡x→3−f(x)\lim_{x \to 3^+} f(x) = 6 \neq -6 = \lim_{x \to 3^-} f(x), la fonction ff n'admet pas de limite en 33.

Piège classique · 12

Que vaut l'expression (x−2)2\sqrt{(x - 2)^2} lorsque x<2x < 2 ?

Attention

Écrire (x−2)2=x−2\sqrt{(x - 2)^2} = x - 2 sans tenir compte du signe négatif de (x−2)(x - 2).

À la place : On a toujours (x−2)2=∣x−2∣\sqrt{(x - 2)^2} = |x - 2|. Puisque x<2x < 2, on a x−2<0x - 2 < 0, d'où ∣x−2∣=−(x−2)=2−x|x - 2| = -(x - 2) = 2 - x.

Vérification · 13

Soit la fonction gg définie sur R\mathbb{R} par :
g(x)={x3−2si x≥2x+2si x<2g(x) = \begin{cases} x^3 - 2 & \text{si } x \ge 2 \\ \sqrt{x + 2} & \text{si } x < 2 \end{cases}

La fonction gg admet-elle une limite en 22 ?

Remarque

À droite : lim⁡x→2+(x3−2)=23−2=6\lim_{x \to 2^+} (x^3 - 2) = 2^3 - 2 = 6.
À gauche : lim⁡x→2−x+2=4=2\lim_{x \to 2^-} \sqrt{x + 2} = \sqrt{4} = 2.
Puisque 6≠26 \neq 2, les limites latérales diffèrent : gg n'admet pas de limite en 22.

Point de départ · 14

On considère la fonction ff définie sur R∖{2}\mathbb{R} \setminus \{2\} par f(x)=x2−4x−2f(x) = \frac{x^2 - 4}{x - 2}.

Sa courbe représentative est une droite présentant un point manquant (« trou ») en x=2x = 2. Quelle valeur faudrait-il attribuer en x=2x = 2 pour combler ce trou et obtenir une courbe continue ?

Pour tout x≠2x \neq 2, on a f(x)=x+2f(x) = x + 2. Lorsque xx se rapproche de 22, f(x)f(x) tend vers 44.

En définissant une nouvelle fonction qui prend la valeur 44 en x=2x = 2, on « répare » la discontinuité apparente.

Définition · 15

Prolongement par continuité

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

lim⁡x→af(x)=L(L∈R)\lim_{x \to a} f(x) = L \quad (L \in \mathbb{R})

La fonction gg définie sur II par :

g(x)={f(x)si x≠aLsi x=ag(x) = \begin{cases} f(x) & \text{si } x \neq a \\ L & \text{si } x = a \end{cases}

est continue en aa. La fonction gg est appelée le prolongement par continuité de ff en aa.

Exemple travaillé · 16

Soit la fonction ff définie sur R∖{1}\mathbb{R} \setminus \{1\} par f(x)=x2−6x+5x−1f(x) = \frac{x^2 - 6x + 5}{x - 1}.

Montrer que ff est prolongeable par continuité en 11 et expliciter ce prolongement.

1

On évalue la limite en 11. Le numérateur et le dénominateur s'annulent en 11, ce qui donne la forme indéterminée 00\frac{0}{0}.

2

Le réel 11 est racine évidente du numérateur. On factorise le trinôme : x2−6x+5=(x−1)(x−5)x^2 - 6x + 5 = (x - 1)(x - 5).

3

Pour tout x≠1x \neq 1, on simplifie par (x−1)(x - 1) :

4
f(x)=(x−1)(x−5)x−1=x−5f(x) = \frac{(x - 1)(x - 5)}{x - 1} = x - 5
5

On calcule la limite de l'expression simplifiée :

6
lim⁡x→1f(x)=lim⁡x→1(x−5)=1−5=−4\lim_{x \to 1} f(x) = \lim_{x \to 1} (x - 5) = 1 - 5 = -4
7

La limite étant finie (L=−4L = -4), ff est prolongeable par continuité en 11. Son prolongement est la fonction gg définie sur R\mathbb{R} par :

8
g(x)={f(x)si x≠1−4si x=1g(x) = \begin{cases} f(x) & \text{si } x \neq 1 \\ -4 & \text{si } x = 1 \end{cases}

Exemple travaillé · 17

Soit la fonction ff définie sur [−2;+∞[∖{−1}[-2; +\infty[ \setminus \{-1\} par f(x)=x+2−1x+1f(x) = \frac{\sqrt{x + 2} - 1}{x + 1}.

Déterminer si ff admet un prolongement par continuité en −1-1.

1

L'évaluation directe en −1-1 donne 1−1−1+1=00\frac{\sqrt{1} - 1}{-1 + 1} = \frac{0}{0} (forme indéterminée).

2

On multiplie le numérateur et le dénominateur par l'expression conjuguée (x+2+1)(\sqrt{x + 2} + 1) :

3
f(x)=(x+2−1)(x+2+1)(x+1)(x+2+1)=(x+2)−12(x+1)(x+2+1)f(x) = \frac{(\sqrt{x + 2} - 1)(\sqrt{x + 2} + 1)}{(x + 1)(\sqrt{x + 2} + 1)} = \frac{(x + 2) - 1^2}{(x + 1)(\sqrt{x + 2} + 1)}
4

Pour tout x≠−1x \neq -1, on simplifie par le facteur (x+1)(x + 1) sans développer le dénominateur :

5
f(x)=x+1(x+1)(x+2+1)=1x+2+1f(x) = \frac{x + 1}{(x + 1)(\sqrt{x + 2} + 1)} = \frac{1}{\sqrt{x + 2} + 1}
6

On passe à la limite par substitution directe :

7
lim⁡x→−1f(x)=1−1+2+1=11+1=12\lim_{x \to -1} f(x) = \frac{1}{\sqrt{-1 + 2} + 1} = \frac{1}{1 + 1} = \frac{1}{2}
8

La limite est un réel fini (L=12L = \frac{1}{2}). La fonction ff est donc prolongeable par continuité en −1-1 en posant g(−1)=12g(-1) = \frac{1}{2}.

Piège classique · 18

Soit la fonction ff définie sur R∖{2}\mathbb{R} \setminus \{2\} par f(x)=x2−4∣x−2∣f(x) = \frac{x^2 - 4}{|x - 2|}.

Peut-on prolonger ff par continuité en 22 ?

Attention

Affirmer que le prolongement est possible dès que l'expression se simplifie en valeur finie d'un côté.

À la place : Pour x>2x > 2, f(x)=x+2→4f(x) = x + 2 \to 4. Pour x<2x < 2, f(x)=−(x+2)→−4f(x) = -(x + 2) \to -4. Les limites latérales étant différentes (4≠−44 \neq -4), ff n'admet pas de limite globale finie en 22 et ne peut pas être prolongée par continuité.

Vérification · 19

Soit la fonction f(x)=x+7−3x−2f(x) = \frac{\sqrt{x + 7} - 3}{x - 2} définie sur [−7;+∞[∖{2}[-7; +\infty[ \setminus \{2\}.

Quelle valeur doit-on attribuer en x=2x = 2 pour obtenir le prolongement par continuité de ff ?

Remarque

On multiplie par la quantité conjuguée x+7+3\sqrt{x + 7} + 3 :
f(x)=(x+7)−9(x−2)(x+7+3)=1x+7+3f(x) = \frac{(x + 7) - 9}{(x - 2)(\sqrt{x + 7} + 3)} = \frac{1}{\sqrt{x + 7} + 3}
La limite en 22 vaut lim⁡x→212+7+3=19+3=16\lim_{x \to 2} \frac{1}{\sqrt{2 + 7} + 3} = \frac{1}{\sqrt{9} + 3} = \frac{1}{6}. Il faut donc poser g(2)=16g(2) = \frac{1}{6}.

Point de départ · 20

Soit la fonction ff définie par :
f(x)={ax+1si x≥2x2−1si x<2f(x) = \begin{cases} ax + 1 & \text{si } x \ge 2 \\ x^2 - 1 & \text{si } x < 2 \end{cases}

Comment choisir le réel aa pour que les deux morceaux de la courbe se rejoignent sans coupure en x=2x = 2 ?

Quand xx s'approche de 22 par la gauche (x<2x < 2), f(x)=x2−1f(x) = x^2 - 1 s'approche de 22−1=32^2 - 1 = 3.

En x=2x = 2, la formule donne f(2)=2a+1f(2) = 2a + 1.

Pour raccorder les deux tracés au point d'abscisse 22, on doit avoir 2a+1=32a + 1 = 3, soit a=1a = 1.

Définition · 21

Continuité au point de raccordement

Soit ff une fonction définie par morceaux sur un intervalle contenant aa.

f est continue en a  ⟺  lim⁡x→a+f(x)=lim⁡x→a−f(x)=f(a)f \text{ est continue en } a \iff \lim_{x \to a^+} f(x) = \lim_{x \to a^-} f(x) = f(a)

La continuité en un point de séparation exige que la limite à droite, la limite à gauche et l'image au point aa soient toutes égales.

Exemple travaillé · 22

On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par :
f(x)={x2−3x+2x−1si x>1ax−3si x≤1f(x) = \begin{cases} \frac{x^2 - 3x + 2}{x - 1} & \text{si } x > 1 \\ ax - 3 & \text{si } x \le 1 \end{cases}

Déterminer la valeur du réel aa pour que ff soit continue en 11.

1

On calcule d'abord la limite à droite en 11 (x>1x > 1) en factorisant le numérateur :

2
x2−3x+2=(x−1)(x−2)x^2 - 3x + 2 = (x - 1)(x - 2)
3

Pour tout x>1x > 1, on simplifie par (x−1)(x - 1) :

4
lim⁡x→1+f(x)=lim⁡x→1+(x−2)=1−2=−1\lim_{x \to 1^+} f(x) = \lim_{x \to 1^+} (x - 2) = 1 - 2 = -1
5

On évalue la valeur de f(1)f(1) et la limite à gauche à l'aide de la seconde branche :

6
f(1)=lim⁡x→1−f(x)=a(1)−3=a−3f(1) = \lim_{x \to 1^-} f(x) = a(1) - 3 = a - 3
7

La fonction ff est continue en 11 si et seulement si f(1)=lim⁡x→1+f(x)f(1) = \lim_{x \to 1^+} f(x) :

8
a−3=−1  ⟺  a=2a - 3 = -1 \iff a = 2

Exemple travaillé · 23

Étudier la continuité sur son domaine de définition de la fonction ff définie par :
f(x)={x+1x−1si x≤02x−1si 0<x<3x+1si x≥3f(x) = \begin{cases} \frac{x+1}{x-1} & \text{si } x \le 0 \\ 2x - 1 & \text{si } 0 < x < 3 \\ \sqrt{x+1} & \text{si } x \ge 3 \end{cases}

1

Continuité sur les intervalles ouverts :
- Sur ]−∞;0[]-\infty; 0[, x↦x+1x−1x \mapsto \frac{x+1}{x-1} est une fraction rationnelle dont le dénominateur ne s'annule pas sur cet intervalle (1∉]−∞;0[1 \notin ]-\infty; 0[), donc ff y est continue.
- Sur ]0;3[]0; 3[, x↦2x−1x \mapsto 2x - 1 est une fonction polynôme, donc ff y est continue.
- Sur ]3;+∞[]3; +\infty[, x↦x+1x \mapsto \sqrt{x+1} est continue.

2

Continuité au point de raccordement x=0x = 0 :
f(0)=0+10−1=−1etlim⁡x→0−f(x)=−1f(0) = \frac{0+1}{0-1} = -1 \quad \text{et} \quad \lim_{x \to 0^-} f(x) = -1
lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0+(2x−1)=−1\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^+} (2x - 1) = -1
Puisque lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0−f(x)=f(0)=−1\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^-} f(x) = f(0) = -1, la fonction ff est continue en 00.

3

Continuité au point de raccordement x=3x = 3 :
f(3)=3+1=2etlim⁡x→3+f(x)=2f(3) = \sqrt{3+1} = 2 \quad \text{et} \quad \lim_{x \to 3^+} f(x) = 2
lim⁡x→3−f(x)=lim⁡x→3−(2x−1)=2(3)−1=5\lim_{x \to 3^-} f(x) = \lim_{x \to 3^-} (2x - 1) = 2(3) - 1 = 5
Comme lim⁡x→3−f(x)=5≠2=f(3)\lim_{x \to 3^-} f(x) = 5 \neq 2 = f(3), ff n'est pas continue en 33.

4

Conclusion : la fonction ff est continue sur R∖{3}\mathbb{R} \setminus \{3\}.

Piège classique · 24

On considère la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par :
f(x)={3x+1si x>1−x−3si x<1αsi x=1f(x) = \begin{cases} 3x + 1 & \text{si } x > 1 \\ -x - 3 & \text{si } x < 1 \\ \alpha & \text{si } x = 1 \end{cases}

Existe-t-il une valeur du réel α\alpha telle que ff soit continue en 11 ?

Attention

Poser α=4\alpha = 4 ou α=−4\alpha = -4 en égalant à l'une des limites latérales sans vérifier leur égalité mutuelle.

À la place : lim⁡x→1+f(x)=4\lim_{x \to 1^+} f(x) = 4 et lim⁡x→1−f(x)=−4\lim_{x \to 1^-} f(x) = -4. Puisque les limites latérales sont différentes (4≠−44 \neq -4), ff n'admet pas de limite globale en 11. Aucune valeur ponctuelle attribuée à α\alpha ne peut rendre ff continue en 11.

Vérification · 25

Soit la fonction hh définie sur R\mathbb{R} par :
h(x)={x2+mxsi x≥2x3−8x−2si x<2h(x) = \begin{cases} x^2 + mx & \text{si } x \ge 2 \\ \frac{x^3 - 8}{x - 2} & \text{si } x < 2 \end{cases}

Pour quelle valeur de mm la fonction hh est-elle continue en 22 ?

Remarque

À gauche : lim⁡x→2−x3−8x−2=lim⁡x→2−(x2+2x+4)=4+4+4=12\lim_{x \to 2^-} \frac{x^3 - 8}{x - 2} = \lim_{x \to 2^-} (x^2 + 2x + 4) = 4 + 4 + 4 = 12.
À droite et en 22 : h(2)=22+2m=4+2mh(2) = 2^2 + 2m = 4 + 2m.
On résout 4+2m=12  ⟺  2m=8  ⟺  m=44 + 2m = 12 \iff 2m = 8 \iff m = 4.

Point de départ · 26

Soit EE la fonction partie entière.

Que vaut E(1,9)E(1{,}9) ? Que vaut E(2,1)E(2{,}1) ? Que peut-on observer lorsque xx s'approche de 22 par la gauche et par la droite ?

On a E(1,9)=1E(1{,}9) = 1 car 1≤1,9<21 \le 1{,}9 < 2, et E(2,1)=2E(2{,}1) = 2 car 2≤2,1<32 \le 2{,}1 < 3.

Lorsque xx est strictement inférieur à 22 mais très proche de 22, E(x)E(x) reste égal à 11. Dès que xx atteint ou dépasse 22, E(x)E(x) passe à 22. La fonction partie entière subit un saut en chaque entier.

Définition · 27

Limites latérales de la partie entière aux entiers

Soit nn un entier relatif (n∈Zn \in \mathbb{Z}).

∀x∈[n;n+1[,E(x)=net∀x∈[n−1;n[,E(x)=n−1\forall x \in [n; n+1[, \quad E(x) = n \quad \text{et} \quad \forall x \in [n-1; n[, \quad E(x) = n-1

lim⁡x→n+E(x)=n=E(n)etlim⁡x→n−E(x)=n−1\lim_{x \to n^+} E(x) = n = E(n) \quad \text{et} \quad \lim_{x \to n^-} E(x) = n - 1

La fonction partie entière est continue à droite en tout entier nn, mais discontinue à gauche en tout entier nn.

Exemple travaillé · 28

Étudier la continuité en 00 de la fonction ff définie sur R\mathbb{R} par f(x)=x⋅E(x)f(x) = x \cdot E(x).

1

On étudie la limite à droite en 00 (x>0x > 0). Pour tout x∈[0;1[x \in [0; 1[, on a E(x)=0E(x) = 0, donc f(x)=x×0=0f(x) = x \times 0 = 0 :

2
lim⁡x→0+f(x)=0=f(0)\lim_{x \to 0^+} f(x) = 0 = f(0)
3

On étudie la limite à gauche en 00 (x<0x < 0). Pour tout x∈[−1;0[x \in [-1; 0[, on a E(x)=−1E(x) = -1, donc f(x)=x×(−1)=−xf(x) = x \times (-1) = -x :

4
lim⁡x→0−f(x)=lim⁡x→0−(−x)=0\lim_{x \to 0^-} f(x) = \lim_{x \to 0^-} (-x) = 0
5

Puisque lim⁡x→0+f(x)=lim⁡x→0−f(x)=f(0)=0\lim_{x \to 0^+} f(x) = \lim_{x \to 0^-} f(x) = f(0) = 0, la fonction ff est continue en 00.

Exemple travaillé · 29

Étudier la continuité en x=1x = 1 de la fonction gg définie sur [−1;2][-1; 2] par g(x)=(x−1)E(x)g(x) = (x - 1)E(x).

1

Pour tout x∈[1;2[x \in [1; 2[, on a E(x)=1E(x) = 1, d'où g(x)=(x−1)×1=x−1g(x) = (x - 1) \times 1 = x - 1 :

2
lim⁡x→1+g(x)=1−1=0=g(1)\lim_{x \to 1^+} g(x) = 1 - 1 = 0 = g(1)
3

Pour tout x∈[0;1[x \in [0; 1[, on a E(x)=0E(x) = 0, d'où g(x)=(x−1)×0=0g(x) = (x - 1) \times 0 = 0 :

4
lim⁡x→1−g(x)=0\lim_{x \to 1^-} g(x) = 0
5

Comme lim⁡x→1+g(x)=lim⁡x→1−g(x)=g(1)=0\lim_{x \to 1^+} g(x) = \lim_{x \to 1^-} g(x) = g(1) = 0, le facteur (x−1)(x - 1) compense le saut de la partie entière. La fonction gg est continue en 11.

Piège classique · 30

Soit xx un réel tendant vers 33 par valeurs inférieures (x→3−x \to 3^-). Que vaut lim⁡x→3−E(x)\lim_{x \to 3^-} E(x) ?

Attention

Remplacer directement xx par 33 dans E(x)E(x) et répondre E(3)=3E(3) = 3.

À la place : Quand x→3−x \to 3^-, xx reste strictement inférieur à 33 (x∈[2;3[x \in [2; 3[). Sur cet intervalle, E(x)=2E(x) = 2, donc lim⁡x→3−E(x)=2\lim_{x \to 3^-} E(x) = 2.

Vérification · 31

Déterminer la limite à droite en −1-1 de la fonction h(x)=x2+E(x)x+1h(x) = \frac{x^2 + E(x)}{x + 1}.

Remarque

Pour x→−1+x \to -1^+ (x∈]−1;0[x \in ]-1; 0[), on a E(x)=−1E(x) = -1.
L'expression s'écrit h(x)=x2−1x+1=(x−1)(x+1)x+1=x−1h(x) = \frac{x^2 - 1}{x + 1} = \frac{(x - 1)(x + 1)}{x + 1} = x - 1.
Ainsi, lim⁡x→−1+h(x)=−1−1=−2\lim_{x \to -1^+} h(x) = -1 - 1 = -2.

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