Limites : en route vers le supérieur

Objectif supérieur (2) - Exercice 1

40 min
65
Question 1

Soit aa un nombre réel.
Calculer la limite suivante : limxasin(ax)sin(x2)ax\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x}

Correction
On a va utiliser la définition d'u nombre dérivée en aa d'une fonction dérivable en ce point. On a alors :
f(a)=limxaf(x)f(a)xaf'(a) = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{f(x) - f(a)}{x - a}
Ainsi, comme la fonction sinus est dérivable sur R\mathbb{R}, on va écrire que :
limxasin(ax)sin(x2)ax=limxasin(ax)sin(x2)xa\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = - \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{x - a}
On obtient donc :
limxasin(ax)sin(x2)ax=limxasin(ax)sin(x2)xa=limxasin(x2)sin(ax)xa=limxasin(x2)sin(ax)+sin(a2)sin(a2)xa=limxasin(x2)sin(a2)sin(ax)+sin(a2)xa\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = - \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{x - a} = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(x^2) - \sin(ax)}{x - a} = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(x^2) - \sin(ax) + \sin(a^2) - \sin(a^2)}{x - a} = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(x^2) - \sin(a^2) - \sin(ax) + \sin(a^2)}{x - a}
Puis, en réorganisant les termes, on trouve que :
limxasin(ax)sin(x2)ax=limxa(sin(x2)sin(a2)xasin(ax)sin(a2)xa)=limxasin(x2)sin(a2)xalimxasin(ax)sin(a2)xa\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = \lim_{x \longrightarrow a} \left( \dfrac{\sin(x^2) - \sin(a^2)}{x - a} - \dfrac{\sin(ax) - \sin(a^2)}{x - a} \right) = \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(x^2) - \sin(a^2)}{x - a} - \lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(a^2)}{x - a}
Donc, en introduisant les nombres dérivées, on obtient :
limxasin(ax)sin(x2)ax=(sin(x2))(x=a)(sin(ax))(x=a)\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = \left( \sin(x^2)\right)'(x=a) - \left( \sin(ax)\right)'(x=a)
Avec :
(sin(x2))=(x2)sin(x2)=2xcos(x2)(sin(x2))(x=a)=2acos(a2)\bullet \,\, \left( \sin(x^2)\right)' = (x^2)'\sin'(x^2) = 2x \cos(x^2) \,\,\,\, \Longrightarrow \,\,\,\, \left( \sin(x^2)\right)'(x=a) = 2a \cos(a^2)
(sin(ax))=(ax)sin(ax)=acos(ax)(sin(ax))(x=a)=acos(aa)=acos(a2)\bullet \,\, \left( \sin(ax)\right)' = (ax)'\sin'(ax) = a \cos(ax) \,\,\,\, \Longrightarrow \,\,\,\, \left( \sin(ax)\right)'(x=a) = a \cos(aa) = a \cos(a^2)
Ce qui nous donne donc :
limxasin(ax)sin(x2)ax=2acos(a2)acos(a2)\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = 2a \cos(a^2) - a \cos(a^2)
Finalement, on trouve que :
limxasin(ax)sin(x2)ax=acos(a2)\lim_{x \longrightarrow a} \dfrac{\sin(ax) - \sin(x^2)}{a - x} = a \cos(a^2)