Limite du Sinus cardinal en 0 par approximation affine - Exercice 1
40 min
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Soit f une fonction dérivable sur un intervalle I. Soit a∈I et h∈R.
Question 1
A partir de la définition de la fonction dérivée f′, démontrer que f(a+h)=f(a)+hf′(a)+e(h). La fonction e(h) vérifiant la condition h⟶0lime(h)=0.
Correction
Soit f un fonction dérivable en a. On a alors : f′(a)=h⟶0limhf(a+h)−f(a) En retirant la limite, l'égalité n'est plus vraie. Cela signifie qu'une erreur est commise (le terme hf(a+h)−f(a) n'est plus égale à f′(a)) et cette erreur est d'autant plus grande que h est lui même grand. A l'inverse, lorsque h est infiniment petit, cette erreur est elle même infime. Notons par E(h) cette erreur. On a alors : f′(a)+E(h)=hf(a+h)−f(a)⟺f(a+h)=f(a)+hf′(a)+hE(h) Posons e(h)=hE(h) et on a bien h⟶0lime(h)=0, et on peut alors écrire la relation recherchée, à savoir : f(a+h)=f(a)+hf′(a)+e(h)
Question 2
Lorsque h⟶0, démontrer que h⟶0limf(a)+hf′(a)f(a+h)=1. On dit alors que "f(a)+hf′(a) est équivalente à f(a+h) en a". On note ceci de la manière suivante : f(a+h)a∼f(a)+hf′(a).
Correction
On a : f(a)+hf′(a)f(a+h)=f(a)+hf′(a)f(a)+hf′(a)+e(h)=f(a)+hf′(a)f(a)+hf′(a)+f(a)+hf′(a)e(h)=1+f(a)+hf′(a)e(h) En passant à la limite lorsque h⟶0, on obtient : h⟶0limf(a)+hf′(a)f(a+h)=h⟶0lim(1+f(a)+hf′(a)e(h))=1+h⟶0limf(a)+hf′(a)e(h)=1+0=1
Question 3
En déduire que sin(x)0∼x.
Correction
On pose f=sin, et comme sin′=cos, on obtient alors sin(a+h)=sin(a)+hcos(a)+e(h). Posons a=0, dans ce cas, on obtient sin(h)=sin(0)+hcos(0)+e(h). Or, sin(0)=0 et cos(0)=1. Ceci nous donne sin(h)=h+e(h). Ainsi, en passant à la limite lorsque h⟶0, on a donc h⟶0lime(h)=0, et de fait, on trouve que sin(h)0∼h. Finalement, en posant h=x, on trouve que : sin(x)0∼x.
Question 4
Montrer que tan(x)0∼x.
Correction
On pose f=tan, et comme tan′=1+tan2, on obtient alors tan(a+h)=tan(a)+hcos(a)+e(h). Posons a=0, dans ce cas, on obtient tan(h)=tan(0)+h(1+tan2(0))+e(h). Or, tan(0)=0 et donc 1+tan2(0)=1. Ceci nous donne tan(h)=h+e(h). Ainsi, en passant à la limite lorsque h⟶0, on a donc h⟶0lime(h)=0, et de fait, on trouve que tan(h)0∼h. Finalement, en posant h=x, on trouve que : tan(x)0∼x.
Question 5
Montrer que cos(x)0∼1.
Correction
On pose f=cos, et comme cos′=−sin, on obtient alors cos(a+h)=cos(a)−hsin(a)+e(h). Posons a=0, dans ce cas, on obtient cos(h)=cos(0)−hsin(0)+e(h). Or, sin(0)=0 et cos(0)=1. Ceci nous donne cos(h)=1+e(h). Ainsi, en passant à la limite lorsque h⟶0, on a donc h⟶0lime(h)=0, et de fait, on trouve que cos(h)0∼1. Finalement, en posant h=x, on trouve que : cos(x)0∼1.
Question 6
Calculer x⟶0limxtan(x)
Correction
On a : x⟶0limxtan(x)=x⟶0limxx=x⟶0lim1=1
Question 7
Calculer x⟶0limsin(2x)tan(3x)
Correction
On a : x⟶0limsin(2x)tan(3x)=x⟶0lim2x3x=x⟶0lim23=23
Question 8
Calculer x⟶0limπxsin(πx)
Correction
On a : x⟶0limπxsin(πx)=x⟶0limπxπx=x⟶0lim1=1
Question 9
Calculer x⟶0limxsin(x2)
Correction
On a : x⟶0limxsin(x2)=x⟶0limxx2=x⟶0limx=0
Question 10
Calculer x⟶0−limx2sin(x)
Correction
On a : x⟶0−limx2sin(x)=x⟶0−limx2x=x⟶0−limx1=−∞
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