Vidéo 5 : Composition des limites · 3 min 22 s · sous-titres en français
Le cours écrit
Le programme précise : « L'utilisation de la composition des limites se fait en contexte. » On l'utilise donc sur des exemples, sans théorie générale.
5.1 Le principe (admis)
Une fonction de la forme x↦v(u(x)) s'obtient en appliquant u, puis v. (On la notera v∘u au chapitre 5.)
Propriété (admise). Soient a, b, c des réels, +∞ ou −∞. Si x→alimu(x)=b et X→blimv(X)=c, alors
limx→av(u(x))=c.
Méthode. On pose X=u(x) ; on cherche la limite de X, puis celle de v(X).
5.2 Exemples
Exemple 15.e−x2 en +∞. On pose X=−x2. Quand x→+∞, X→−∞, et X→−∞limeX=0. Donc x→+∞lime−x2=0. De même en −∞ : l'axe des abscisses est asymptote horizontale des deux côtés.
Exemple 16.h(x)=x+24x+1 en +∞. On pose X=x+24x+1=1+x24+x1 (pour x>0), qui tend vers 4. Et X→4limX=4=2. Donc x→+∞limh(x)=2.
Exemple 17.e1/x, définie pour x=0.
En +∞ : x1→0 et X→0limeX=e0=1, donc x→+∞lime1/x=1 (asymptote y=1). De même en −∞.
À droite de 0 : x1→+∞, donc x→0+lime1/x=+∞ : l'axe des ordonnées est asymptote verticale.
À gauche de 0 : x1→−∞, donc x→0−lime1/x=0.
5.3 Une tasse de thé qui refroidit
Une tasse de thé à 90 degrés est posée dans une pièce à 20 degrés. Sa température, en degrés, au bout de t minutes est
T(t)=20+70e−0,1t(t≥0).
Quand t→+∞, −0,1t→−∞, donc e−0,1t→0 et t→+∞limT(t)=20.
T(t)−20=70e−0,1t>0 : la température reste au-dessus de 20 degrés.
Interprétation : le thé finit à la température de la pièce, sans jamais descendre en dessous. La droite T=20 est asymptote horizontale.
5.4 Lien avec les suites
Propriété. Si x→+∞limf(x)=L (L réel, +∞ ou −∞), alors la suite définie par un=f(n) vérifie n→+∞limun=L.
Justification. Si un intervalle contient f(x) pour tout x>B, il contient en particulier un=f(n) pour tout entier n>B.
Exemple 18. Les températures relevées chaque minute forment la suite un=20+70e−0,1n, qui tend vers 20. De même, n+24n+1→2 (exemple 16).
Attention : la réciproque est fausse. Si un=cos(2πn), alors un=1 pour tout n et la suite tend vers 1 ; pourtant, la fonction x↦cos(2πx) n'a pas de limite en +∞.