Fonctions trigonométriques

Limites - Exercice 1

25 min
40
Déterminez les limites suivantes :
Question 1

limx+2cos(x)4x\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{2\cos \left(x\right)-4}{x}

Correction
On va utiliser le théorème des gendarmes.
Soit xRx\in \mathbb{R}, on sait que :
1cos(x)1-1\le \cos \left(x\right)\le 1
22cos(x)2-2\le 2\cos \left(x\right)\le 2
242cos(x)424-2-4\le 2\cos \left(x\right)-4\le 2-4
62cos(x)42. -6\le 2\cos \left(x\right)-4\le -2.
Comme on est au voisinage de ++\infty , alors xx est strictement positif.
(On ne changera pas le sens de l'inégalité quand on divisera par xx).
Ainsi 6x2cos(x)4x2x\frac{-6}{x} \le \frac{2\cos \left(x\right)-4}{x} \le \frac{-2}{x}
  • D'une part : limx+6x=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-6}{x} =0
  • D'autre part : limx+2x=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-2}{x} =0
Finalement, d'après le théorème des gendarmes :
limx+2cos(x)4x=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{2\cos \left(x\right)-4}{x} =0
Question 2

limx+3sin(x)+2x2+1\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-3\sin \left(x\right)+2}{x^{2} +1}

Correction
On va utiliser le théorème des gendarmes.
Soit xRx\in \mathbb{R}, on sait que :
1sin(x)1-1\le \sin \left(x\right)\le 1
1sin(x)11\ge -\sin \left(x\right)\ge -1
1sin(x)1-1\le -\sin \left(x\right)\le 1
33sin(x)3-3\le -3\sin \left(x\right)\le 3
3+23sin(x)+23+2-3+2\le -3\sin \left(x\right)+2\le 3+2
13sin(x)+25 -1\le -3\sin \left(x\right)+2\le 5.
Or x2+1>0x^{2} +1>0.
Ainsi :
1x2+13sin(x)+2x2+15x2+1\frac{-1}{x^{2} +1} \le \frac{-3\sin \left(x\right)+2}{x^{2} +1} \le \frac{5}{x^{2} +1} .
  • D'une part : limx+1x2+1=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-1}{x^{2} +1} =0
  • D'autre part : limx+5x2+1=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{5}{x^{2} +1} =0
Finalement, d'après le théorème des gendarmes
limx+3sin(x)+2x2+1=0\lim\limits_{x\to +\infty } \frac{-3\sin \left(x\right)+2}{x^{2} +1} =0
Question 3

limxx+sin(2x)\lim\limits_{x\to -\infty } -x+\sin \left(2x\right)

Correction
Soit xRx\in \mathbb{R}, on sait que :
1sin(2x)11xx+sin(2x)1x.-1\le \sin \left(2x\right)\le 1\Leftrightarrow -1-x\le -x+\sin \left(2x\right)\le 1-x.
  • D'une part : limx1x=+\lim\limits_{x\to -\infty } -1-x=+\infty
  • D'autre part : limx1x=+\lim\limits_{x\to -\infty } 1-x=+\infty .
Attention, ici on ne peut pas conclure avec le théorème des gendarmes.
En effet, les limites doivent êtres finies.
Dans ce cas, on va utiliser le théorème de comparaison.
Comme limx1x=+\lim\limits_{x\to -\infty } -1-x=+\infty et que 1xx+sin(2x)-1-x\le -x+\sin \left(2x\right).
Alors, d'après le théorème de comparaison
limxx+sin(2x)=+\lim\limits_{x\to -\infty } -x+\sin \left(2x\right)=+\infty
Question 4

limx02sin(x)5x\lim\limits_{x\to 0} \frac{2\sin \left(x\right)}{5x}

Correction
  • limx0sin(x)x=1\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(x\right)}{x} =1
Il vient alors que :
limx02sin(x)5x=limx025×(sin(x)x)\lim\limits_{x\to 0} \frac{2\sin \left(x\right)}{5x} = \lim\limits_{x\to 0} \frac{2}{5} \times \left(\frac{\sin \left(x\right)}{x} \right)
Finalement,
limx02sin(x)5x=25\lim\limits_{x\to 0} \frac{2\sin \left(x\right)}{5x} =\frac{2}{5}
Question 5

limx0sin(3x)x\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{x}

Correction
  • limx0sin(x)x=1\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(x\right)}{x} =1
Il vient alors que :
limx0sin(3x)x=limx03×sin(3x)3x\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{x} =\lim\limits_{x\to 0} 3\times\frac{\sin \left(3x\right)}{3x}.
Intéressons nous maintenant au calcul de : limx0sin(3x)3x\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{3x}. Nous allons procéder par composition.
On commence par calculer limx03x\lim\limits_{x\to 0}3x . Ainsi : limx03x=0\lim\limits_{x\to 0 } 3x =0
On pose X=3xX=3x. Lorsque xx tend vers 00 alors XX tend vers 00.
Or : limx0sin(3x)3x=limX0sin(X)X=1\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{3x}=\lim\limits_{X\to 0} \frac{\sin \left(X\right)}{X}=1
Par composition :
limx0sin(3x)3x=1\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{3x}=1

Finalement : limx0sin(3x)x=limx03×sin(3x)3x=3×1=3\lim\limits_{x\to 0} \frac{\sin \left(3x\right)}{x} =\lim\limits_{x\to 0} 3\times\frac{\sin \left(3x\right)}{3x}=3\times1=3
Question 6

limx0cos(x)13x\lim\limits_{x\to 0} \frac{\cos \left(x\right)-1}{3x}

Correction
  • limx0cos(x)1x=0\lim\limits_{x\to 0} \frac{\cos \left(x\right)-1}{x} =0
limx0cos(x)13x=limx013×cos(x)1x\lim\limits_{x\to 0} \frac{\cos \left(x\right)-1}{3x} =\lim\limits_{x\to 0} \frac{1}{3} \times \frac{\cos \left(x\right)-1}{x}
Ainsi :
limx0cos(x)13x=0\lim\limits_{x\to 0} \frac{\cos \left(x\right)-1}{3x} =0

Question 7

limx+x2+cos(x)\lim\limits_{x\to +\infty } x^{2}+\cos \left(x\right)

Correction
Soit xRx\in \mathbb{R}, on sait que :
1cos(x)11+x2x2+cos(x)1+x2.-1\le \cos \left(x\right)\le 1\Leftrightarrow -1+x^{2}\le x^{2}+\cos\left(x\right)\le 1+x^{2}.
  • D'une part : limx+1+x2=+\lim\limits_{x\to +\infty } -1+x^{2}=+\infty
  • D'autre part : limx+1+x2=+\lim\limits_{x\to +\infty } 1+x^{2}=+\infty .
Attention, ici on ne peut pas conclure avec le théorème des gendarmes.
En effet, les limites doivent êtres finies.
Dans ce cas, on va utiliser le théorème de comparaison.
Comme limx+1+x2=+\lim\limits_{x\to +\infty } -1+x^{2}=+\infty et que 1+x2x2+cos(x)-1+x^{2}\le x^{2}+\cos \left(x\right).
Alors, d'après le théorème de comparaison
limx+x2+cos(x)=+\lim\limits_{x\to +\infty } x^{2}+\cos \left(x\right)=+\infty