Limites de fonctions : tout ce qu'il faut retenir de la Terminale

Etude de fonctions - Exercice 1

20 min
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Question 1
On considère la fonction ff définie par f(x)=2x5x6f\left(x\right)=\frac{2x-5}{x-6}.

Déterminer le domaine de définition de ff .

Correction
ff est une fonction rationnelle (homographique pour la culture) :)
ff est alors définie pour tous les réels tels que x60x-6\ne 0
Ainsi : x60x6x-6\ne 0\Rightarrow x\ne 6
Cela signifie que x=6x=6 est la valeur interdite.\red{\text{la valeur interdite.}}
Autrement dit, le domaine de définition de ff s'écrit alors : Df=];6[]6;+[Df=\left]-\infty ;6\right[\cup \left]6;+\infty \right[ que l'on peut aussi écrire Df=R{6}Df=\mathbb{R}-\left\{6\right\}
Question 2

Déterminer les limites de ff aux bornes de son domaine de définition.

Correction
Nous allons déterminer les limites aux bornes du domaine de définition Df=];6[]6;+[Df=\left]-\infty ;6\right[\cup \left]6;+\infty \right[ . Nous allons avoir donc 44 limites en tout à traiter.
  • Premieˋre eˊtude : \blue{\text{Première étude : }} limxf(x){\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} f\left(x\right)
  • limx2x5x6=limxx(2x5x)x(x6x){\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{x\left(\frac{2x-5}{x} \right)}{x\left(\frac{x-6}{x} \right)}
    limx2x5x6=limx(2x5x)(x6x){\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{\left(\frac{2x-5}{x} \right)}{\left(\frac{x-6}{x} \right)}
    limx2x5x6=limx2xx5xxx6x{\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{\frac{2x}{x} -\frac{5}{x} }{\frac{x}{x} -\frac{6}{x} }
    limx2x5x6=limx25x16x{\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2-\frac{5}{x} }{1-\frac{6}{x} }
    Il vient alors que :
    limx25x=2limx16x=1}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to -\infty } 2-\frac{5}{x} } & {=} & {2 } \\ {\lim\limits_{x\to -\infty } 1-\frac{6}{x}} & {=} & {1} \end{array}\right\} par quotient\text{\red{par quotient}}
    limx25x16x=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} \frac{2-\frac{5}{x} }{1-\frac{6}{x} }=2

    Finalement :\text{\purple{Finalement :}}
    limxf(x)=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} f\left(x\right)=2
  • Deuxieˋme eˊtude : \blue{\text{Deuxième étude : }} limx62x5x6\lim\limits_{x\to 6^{-} } \frac{2x-5}{x-6} que l'on peut aussi écrire limx6x<62x5x6\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x<6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6}
  • limx6x<62x5=7limx6x<6x6=0}\left. \begin{array}{ccc} {{\mathop{\lim }\limits_{\begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x<6} \end{array}}} 2x-5} & {=} & {7} \\ {{\mathop{\lim }\limits_{\begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x<6} \end{array}}} x-6} & {=} & {0^{-} } \end{array}\right\} par quotient\text{\red{par quotient}} limx6x<62x5x6=\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x<6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6} =-\infty .
    On peut expliquer le fait que limx6x6=0\lim\limits_{x\to 6^{-} } x-6=0^{-} de la manière suivante :
    Nous avons dressé le signe de la fonction xx6x\mapsto x-6 ci dessous :
    x6x\to 6^{-} signifie que xx tend vers 66 mais avec x<6x<6, donc lorsque x<6x<6 on voit bien à l'aide du tableau de signe que nous sommes dans la partie négative. C'est pour cela que limx6x6=0\lim\limits_{x\to 6^{-} } x-6=0^{-} .
    Nombre0=\frac{{\text Nombre}}{0} =\infty , Ici on a le numérateur tend vers 77 et il est positif et le dénominateur x6x-6 s'approche de 00 de manière négative.
    Le numérateur est positif et le dénominateur est négatif donc le quotient tend vers -\infty .
  • Troisieˋme eˊtude : \blue{\text{Troisième étude : }} limx6+2x5x6\lim\limits_{x\to 6^{+} } \frac{2x-5}{x-6} que l'on peut aussi écrire limx6x>62x5x6\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x>6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6}
  • limx6x>62x5=7limx6x>6x6=0+}\left. \begin{array}{ccc} {{\mathop{\lim }\limits_{\begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x>6} \end{array}}} 2x-5} & {=} & {7} \\ {{\mathop{\lim }\limits_{\begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x>6} \end{array}}} x-6} & {=} & {0^{+} } \end{array}\right\} par quotient\text{\red{par quotient}} limx6x>62x5x6=+\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x>6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6} =+\infty .
    On peut expliquer le fait que limx6+x6=0+\lim\limits_{x\to 6^{+} } x-6=0^{+} de la manière suivante :
    Nous avons dressé le signe de la fonction xx6x\mapsto x-6 ci dessous :
    x6+x\to 6^{+} signifie que xx tend vers 66 mais avec x>6x>6, donc lorsque x>6x>6 on voit bien à l'aide du tableau de signe que nous sommes dans la partie positive. C'est pour cela que limx6+x6=0+\lim\limits_{x\to 6^{+} } x-6=0^{+} .
    Nombre0=\frac{{\text Nombre}}{0} =\infty , Ici on a le numérateur tend vers 77 et il est positif et le dénominateur x6x-6 s'approche de 00 de manière positive.
    Le numérateur est positif et le dénominateur est positif donc le quotient tend vers ++\infty .
  • Quatrieˋme eˊtude : \blue{\text{Quatrième étude : }} limx+f(x){\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} f\left(x\right)
  • limx+2x5x6=limx+x(2x5x)x(x6x){\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{x\left(\frac{2x-5}{x} \right)}{x\left(\frac{x-6}{x} \right)}
    limx+2x5x6=limx+(2x5x)(x6x){\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{\left(\frac{2x-5}{x} \right)}{\left(\frac{x-6}{x} \right)}
    limx+2x5x6=limx+2xx5xxx6x{\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{\frac{2x}{x} -\frac{5}{x} }{\frac{x}{x} -\frac{6}{x} }
    limx+2x5x6=limx+25x16x{\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2x-5}{x-6} ={\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2-\frac{5}{x} }{1-\frac{6}{x} }
    Il vient alors que :
    limx+25x=2limx+16x=1}\left. \begin{array}{ccc} {\lim\limits_{x\to +\infty } 2-\frac{5}{x} } & {=} & {2 } \\ {\lim\limits_{x\to +\infty } 1-\frac{6}{x}} & {=} & {1} \end{array}\right\} par quotient\text{\red{par quotient}}
    limx+25x16x=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} \frac{2-\frac{5}{x} }{1-\frac{6}{x} }=2

    Finalement :\text{\purple{Finalement :}}
    limx+f(x)=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} f\left(x\right)=2

    Question 3

    Que pouvons nous en déduire graphiquement suite aux calculs des limites.

    Correction
    Nous allons résumer les limites obtenues d'après la question 22 .
    • Si limx+f(x)=l\lim\limits_{x\to +\infty } f(x) =lll est une valeur finie alors la fonction ff admet une asymptote horizontale d'équation y=ly=l
    • Si limxf(x)=l\lim\limits_{x\to -\infty } f(x) =lll est une valeur finie alors la fonction ff admet une asymptote horizontale d'équation y=ly=l
    limxf(x)=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to -\infty }} f\left(x\right)=2
    Interprétation graphique : la courbe admet une asymptote horizontale d'équation y=2y=2.
    limx+f(x)=2{\mathop{\lim }\limits_{x\to +\infty }} f\left(x\right)=2
    Interprétation graphique : la courbe admet une asymptote horizontale d'équation y=2y=2.
    • Si limxnombref(x)=+\lim\limits_{x\to \text{nombre}} f(x) =+\infty alors la fonction ff admet une asymptote verticale d'équation x=nombrex=\text{nombre}
    • Si limxnombref(x)=\lim\limits_{x\to \text{nombre}} f(x) =-\infty alors la fonction ff admet une asymptote verticale d'équation x=nombrex=\text{nombre}
    limx6x<62x5x6=\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x<6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6} =-\infty
    Interprétation graphique : la courbe admet une asymptote verticale d'équation x=6x=6.
    limx6x>62x5x6=+\lim\limits_{ \begin{array}{l} {x\to 6} \\ {x>6} \end{array} }\frac{2x-5}{x-6} =+\infty
    Interprétation graphique : la courbe admet une asymptote verticale d'équation x=6x=6.
    Question 4

    Calculer f(x)f'\left(x\right) .

    Correction
    ff est dérivable ];6[]6;+[\left]-\infty ;6\right[\cup \left]6;+\infty \right[
    On reconnaît la forme (uv)=uvuvv2\color{red}\boxed{\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} }} avec u(x)=2x5u\left(x\right)=2x-5 et v(x)=x6v\left(x\right)=x-6
    Ainsi : u(x)=2u'\left(x\right)=2 et v(x)=1v'\left(x\right)=1.
    Il vient alors que :
    f(x)=2×(x6)(2x5)×1(x6)2f'\left(x\right)=\frac{2\times \left(x-6\right)-\left(2x-5\right)\times 1}{\left(x-6\right)^{2} }
    f(x)=2x12(2x5)(x6)2f'\left(x\right)=\frac{2x-12-\left(2x-5\right)}{\left(x-6\right)^{2} }
    f(x)=2x122x+5(x6)2f'\left(x\right)=\frac{2x-12-2x+5}{\left(x-6\right)^{2} }
    Ainsi :
    f(x)=7(x6)2f'\left(x\right)=\frac{-7}{\left(x-6\right)^{2} }

    Question 5

    En déduire le tableau de variation de f(x)f\left(x\right).

    Correction
    Soit f(x)=7(x6)2f'\left(x\right)=\frac{-7}{\left(x-6\right)^{2} } .
    Pour tout réel xx différent de 66, on sait que (x6)2>0\left(x-6\right)^{2}>0 et que 7<0-7<0. Nous traduisons cela dans un tableau de variation, ci-dessous :