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MathsTale spéFiche d'exercices

Limites de fonctions : 20 exercices corrigésmaths Tale spé — du geste seul au problème de contrôle

Vingt exercices, de la lecture d'une courbe au problème de bac, avec un rappel de cours avant chaque niveau. Cherche d'abord au brouillon, puis ouvre la correction : elle est écrite étape par étape, et elle trace la courbe avec ses asymptotes.

Un seul geste : exercices 1 à 8niveau 1

Une règle par exercice. On applique, on écrit le résultat.

Rappel de cours

  • Limites de référence en  : , et tendent vers  ; tend vers . En  : , et tend vers si est pair, vers si est impair.
  • En  : tend vers à droite () et vers à gauche (). tend vers des deux côtés.
  • Formes indéterminées : , , et . On les lève en factorisant par le terme qui domine, ou en simplifiant.
  • Composée : si et si quand , alors . Asymptotes : une limite en donne la droite  ; une limite infinie en donne la droite .
  1. 1

    On a tracé la courbe d'une fonction définie sur privé de , avec en gris les droites d'équations et . a) Lire et . b) Lire la limite de en à droite, puis à gauche. c) Donner les asymptotes de la courbe.
    -4-2-1012345-3-2123456
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    a) Aux deux bouts, la courbe se colle à la droite  : et . b) Juste à droite de , la courbe monte sans fin : . Juste à gauche de , elle plonge : . c) La droite est asymptote horizontale, en et en . La droite est asymptote verticale. ⚠️ En , deux côtés, deux réponses : on n'écrit pas « la limite en  » sans dire de quel côté. ⭐ C'est la courbe de  : quand , , et il reste .
  2. 2

    Donner chaque limite, sans calcul : a) b) c) d) e)
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    a) . La puissance est impaire : elle garde le signe de . b) . est positif et tend vers  : son inverse devient aussi grand qu'on veut, des deux côtés. c) . d) . La courbe de l'exponentielle se colle à l'axe des abscisses vers la gauche. e) . Pour tout près de , est négatif et très grand en valeur absolue. ⚠️ En a), ne pas répondre par réflexe : . ⚠️ En b) et e), même point , réponses différentes : ne change pas de signe, si. ⭐ Sur le dessin : en bleu , qui part en sens contraires de part et d'autre de  ; en orange , qui monte des deux côtés.
    -4-3-2-101234-4-3-21234
  3. 3

    Déterminer chaque limite : a) b) c) d)
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    a) et . La somme tend vers . b) et . Le produit d'un facteur qui tend vers , POSITIF, par un facteur qui tend vers tend vers . c) , donc . d) , donc , et . ⚠️ En b), c'est le SIGNE de qui décide : un facteur qui tendrait vers donnerait , et un facteur qui tendrait vers donnerait une forme indéterminée. ⭐ Le tableau (expression b) : , puis , puis environ . Les valeurs grandissent sans fin, à peu près comme .
    x101001000
    f(x)34,8304,983 005
  4. 4

    Soit . a) Pourquoi la limite de en est-elle une forme indéterminée ? b) La lever en factorisant par . c) Déterminer la limite de en .
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    a) et  : c'est la forme «  ». b) Pour  : . La parenthèse tend vers , et  : . c) En  : et . Deux termes qui partent vers  : la somme aussi. . ⚠️ En , il n'y a PAS de forme indéterminée : pas besoin de factoriser. Il faut regarder les signes avant de se lancer. ⭐ Un polynôme se comporte à l'infini comme son terme de plus haut degré, ici . ⭐ Sur le dessin : la courbe descend d'abord (elle passe sous vers ), puis repart vers le haut. À l'infini, c'est qui gagne.
    -2-1012345-10-8-7-6-5-4-3-213
  5. 5

    Soit , définie sur . a) Déterminer les limites de en et en . b) En déduire une asymptote à la courbe.
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    a) En haut et en bas, forme «  ». On divise en haut et en bas par , pour  : . et , en comme en . Donc des deux côtés. b) La droite est asymptote horizontale à la courbe, en et en . ⚠️ Une courbe peut COUPER son asymptote : ici, pour . L'asymptote décrit ce qui se passe loin, pas partout. ⭐ Sur le dessin : la courbe monte au-dessus de la droite à gauche, la traverse, puis revient vers elle par en dessous à droite.
    -7-5-3-101357-2-11234
  6. 6

    Soit , définie pour . Déterminer la limite de en à droite, puis à gauche.
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    Quand , le numérateur tend vers et le dénominateur vers  : la limite est infinie. Reste le signe. Le tableau de signes de  : négatif avant , positif après. À droite de  : en restant positif. Un nombre proche de divisé par un tout petit nombre positif devient énorme : . À gauche de  : en restant négatif. . La droite est asymptote verticale. ⚠️ «  » n'est pas un calcul : c'est le signe du dénominateur, près de , qui donne ou . ⭐ Sur le tableau : le sous le , et le changement de signe de à , disent tout.
    x
    −
    0
    +
  7. 7

    a) Déterminer . b) Déterminer la limite de quand tend vers par la droite.
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    a) En haut , en bas  : forme «  », indéterminée. On factorise : . Pour , . Donc la limite en vaut . b) Ici, le numérateur tend vers , pas vers . Le dénominateur tend vers en restant positif (à droite de ). La limite vaut . ⚠️ «  » ne vaut ni , ni , ni l'infini : c'est une forme indéterminée, qu'on lève en simplifiant par le facteur qui s'annule. ⭐ Le tableau (question a) : , , puis , . Des deux côtés de , les valeurs se rapprochent de .
    x2,92,993,013,1
    g(x)5,95,996,016,1
  8. 8

    Déterminer chaque limite, en passant par une variable intermédiaire : a) b) c) et
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    a) On pose . Quand , . Et . La limite vaut . b) On pose . Quand , . Et quand . La limite vaut . c) On pose . À droite de  : , donc , et . À gauche de  : , donc , et . ⚠️ On traite d'abord l'INTÉRIEUR, puis la fonction extérieure. Et en c), le côté change tout : d'un côté, de l'autre. ⭐ Sur le dessin (courbe de c) : à droite de , la courbe part de l'axe et monte vers la droite  ; à gauche, elle s'envole près de .
    -4-3-2-101234-11234

Type devoir : exercices 9 à 16niveau 2

Plusieurs gestes à enchaîner, comme dans un devoir. On rédige.

Rappel de cours

  • Quotient de polynômes en l'infini : on factorise, en haut et en bas, par le terme de plus haut degré.
  • Limite en d'un quotient dont le dénominateur s'annule en  : si le numérateur ne s'annule pas, la limite est infinie, et son signe se lit dans le tableau de signes du dénominateur ; s'il s'annule aussi, on factorise par .
  • Comparaison : si et , alors . Gendarmes : si et si et ont la même limite , alors .
  • Avec une racine : on multiplie par la quantité conjuguée, car .
  1. 9

    Soit , définie sur privé de . a) Déterminer les limites de en et en . b) Déterminer les limites de en , à droite et à gauche. c) En déduire les asymptotes de la courbe. d) Montrer que . En déduire la position de la courbe par rapport à l'asymptote horizontale.
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    a) Pour  : , qui tend vers en et en . b) Quand , le numérateur tend vers , négatif, et le dénominateur vers . À droite de ,  : négatif divisé par petit positif, . À gauche de ,  : négatif divisé par petit négatif, . c) Asymptote horizontale (en ), asymptote verticale . d) . Pour , c'est négatif : la courbe est SOUS la droite . Pour , c'est positif : elle est au-dessus. ⚠️ En b), le numérateur est négatif : les signes se croisent. On écrit la règle des signes, on ne devine pas. ⭐ Sur le dessin : à droite de , la branche monte du bas vers , en restant dessous ; à gauche, elle quitte et monte vers le haut, en restant au-dessus.
    -9-7-5-3-10135-5-3-212345679
  2. 10

    Soit , définie sur . a) Déterminer la limite de en . b) En , montrer que , puis déterminer la limite. c) Que peut-on en déduire pour la courbe ?
    Voir la correction
    a) En  : , donc . Et . La somme de deux termes qui tendent vers  : . b) En  : forme «  ». On multiplie en haut et en bas par la quantité conjuguée  : . Le dénominateur tend vers  : . c) La droite (l'axe des abscisses) est asymptote à la courbe en . ⚠️ Même expression, deux bouts, deux histoires : en , il n'y a PAS de forme indéterminée, car est alors positif. ⭐ Sur le dessin : à gauche, la courbe monte comme une droite ; à droite, elle s'écrase sur l'axe des abscisses.
    -4-2-101234512345679
  3. 11

    a) Montrer que, pour tout réel , . En déduire . b) Soit pour . Montrer que , puis déterminer la limite de en .
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    a) Pour tout réel, . On ajoute  : . Or . Par comparaison, . b) . Comme et , on divise par  : . On ajoute  : c'est l'encadrement demandé. et tendent vers . Par le théorème des gendarmes, . ⚠️ et n'ont PAS de limite en . On ne s'en sert que parce qu'ils restent entre et . ⭐ Sur le dessin : la courbe de ondule, mais reste au-dessus de la droite orange , qui l'emmène vers le haut.
    -10123456789-2123456789
  4. 12

    Un condensateur se charge à travers une résistance. La tension à ses bornes, en volts, au temps en secondes, est pour . a) Déterminer . Interpréter graphiquement et physiquement. b) Montrer que est croissante sur . c) À la calculatrice, entre quelles secondes entières la tension dépasse-t-elle % de sa valeur limite ?
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    a) On pose . Quand , , donc . Alors et . La droite est asymptote horizontale. Physiquement : la tension se rapproche de V, la tension de charge complète. b)  : est croissante. c) % de V, c'est V. (pas encore) et . La tension dépasse % de sa valeur limite entre et secondes. ⚠️ La tension n'atteint JAMAIS V : reste strictement positif. Une asymptote se rapproche, elle ne se touche pas forcément. ⭐ Sur le dessin : la courbe monte vite, puis se couche sous la droite .
    -101357911-11234567
  5. 13

    Une entreprise fabrique des lampes. Produire lampes coûte euros : € de frais fixes, puis € par lampe. Le coût moyen d'une lampe est pour . a) Déterminer . Interpréter. b) Déterminer . Interpréter. c) En déduire les asymptotes de la courbe de . d) À partir de combien de lampes le coût moyen passe-t-il sous € ?
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    a) . Quand ,  : . En fabriquant beaucoup, les frais fixes se partagent sur tant de lampes que chacune coûte presque €. b) Quand ,  : . Pour une toute petite production, les € de frais fixes pèsent sur très peu de lampes. c) Asymptote horizontale en  ; asymptote verticale , l'axe des ordonnées. d) équivaut à , soit . À partir de lampes. ⚠️ Le coût moyen ne descend jamais sous € : reste positif. ⭐ Sur le dessin (une graduation horizontale vaut lampes) : la courbe descend du haut, le long de l'axe vertical, puis se couche sur la droite . Le point marqué est .
    -101357912345679
  6. 14

    Soit , pour et . a) Pourquoi la limite de en est-elle une forme indéterminée ? b) Montrer que , puis déterminer la limite de en .
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    a) En  : , et . C'est la forme «  ». b) On multiplie en haut et en bas par la quantité conjuguée . En haut : . Donc , pour . Quand , le dénominateur tend vers  : . ⚠️ On simplifie par parce que  : la fonction n'est pas définie en , mais sa limite existe. ⭐ Ce quotient est un taux d'accroissement de la racine en  : sa limite est le nombre dérivé . ⭐ Le tableau : , , puis , . Des deux côtés de , on s'approche de .
    x−0,1−0,010,010,1
    f(x)0,25160,25020,24980,2485
  7. 15

    Une pile de V, de résistance interne Ω, alimente une résistance , en ohms. La puissance reçue par cette résistance, en watts, est pour . a) Calculer et . Interpréter. b) On admet que . Dresser le tableau de variations de . c) Quelle résistance reçoit la plus grande puissance ?
    Voir la correction
    a)  : sans résistance, rien ne la chauffe. En  : forme «  ». On factorise . . Le dénominateur tend vers  : . Une résistance énorme ne laisse presque plus passer de courant : elle ne reçoit presque rien. b)  : a le signe de . Positif avant , négatif après. croît sur , puis décroît sur . . c) La résistance de Ω, égale à la résistance interne de la pile, reçoit le maximum : W. ⚠️ Le degré du dénominateur () dépasse celui du numérateur () : c'est pour cela que la limite vaut , et non . ⭐ Sur le tableau : , puis au sommet, puis retour vers en  ; la limite trouvée en a) est écrite au bout de la flèche.
    R02+∞P04,50
    -10135791113-112345
  8. 16

    Soit , où et sont deux réels, avec . On sait que sa courbe a pour asymptotes les droites et . a) Exprimer la limite de en en fonction de . En déduire . b) Où le dénominateur s'annule-t-il ? En déduire . c) Vérifier en calculant la limite de en à droite.
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    a) Pour  : , qui tend vers . L'asymptote horizontale est , donc . b) Le dénominateur s'annule en . L'asymptote verticale est , donc . c) . En  : le numérateur tend vers , et en restant positif à droite. La limite vaut  : il y a bien une asymptote verticale. ⚠️ Le rôle de  : si le numérateur s'annulait AUSSI en , on aurait «  » et peut-être pas d'asymptote. Ici, . ⭐ Sur le dessin : la courbe de avec ses deux asymptotes grises, et .
    -4-2-1012345678-4-212345679

Problèmes : exercices 17 à 20niveau 3

Un exercice complet de bac, avec ses questions qui s'enchaînent. La limite y dit ce qui se passe au bout, ou tout près d'une valeur interdite.

Rappel de cours

  • Dans un problème, une limite en dit ce qui se passe « à long terme » ; une limite infinie en dit que la grandeur explose près de .
  • Asymptote horizontale  : la grandeur se stabilise vers , sans forcément l'atteindre. Asymptote verticale  : la courbe longe la droite en partant à l'infini.
  • Position de la courbe par rapport à l'asymptote  : on étudie le signe de .
  1. 17Plus vite que la lumière ?

    D'après la relativité restreinte, l'énergie à fournir à un vaisseau pour qu'il atteigne la vitesse est proportionnelle à , où est sa vitesse divisée par celle de la lumière, avec . a) Calculer , puis , et à près. b) Déterminer la limite de en à gauche. Interpréter graphiquement, puis physiquement. c) Montrer que est croissante sur . d) Aux petites vitesses, on admet que est proche de . Pour le confirmer, montrer que pour , et en déduire .
    Voir la correction
    a) . Puis , et . b) Quand  : en restant positif, donc . Son inverse tend vers  : . Graphiquement : la droite est asymptote verticale. Physiquement : atteindre la vitesse de la lumière demanderait une énergie infinie. C'est impossible. c) Sur , décroît et reste positif ; la racine garde l'ordre, donc décroît. Son inverse croît : est croissante. d) . On multiplie en haut et en bas par . En haut : . On divise par  : c'est la formule annoncée. Quand , le dénominateur tend vers  : la limite vaut . Aux petites vitesses, vaut donc environ  : on retrouve l'énergie cinétique « classique ». ⚠️ En b), le «  » du dénominateur est un  : on le dit, c'est lui qui donne et pas . ⚠️ En d), forme «  » : on ne remplace pas par , on transforme d'abord. ⭐ Sur le dessin (une graduation horizontale vaut ) : la courbe bleue s'envole le long de la droite grise  ; la parabole orange la colle au début, puis reste basse. Les points marqués sont les valeurs de a).
    -1012345678911123456789
  2. 18La cuve d'eau salée

    Une cuve contient L d'eau pure. À partir de , on y verse de l'eau salée à g/L, au débit de L par minute, en mélangeant sans cesse. La concentration en sel, en g/L, au bout de minutes, est . a) Justifier cette formule. b) Déterminer . Interpréter. c) Montrer que est croissante sur . d) Au bout de combien de temps la concentration atteint-elle g/L ? g/L ? e) La cuve contient au plus L. Quand est-elle pleine ? Quelle est alors la concentration ? Que penser de la réponse à d) ?
    Voir la correction
    a) Au bout de minutes, on a versé litres, qui apportent grammes de sel. Le volume vaut litres. La concentration est la masse divisée par le volume. b) Forme «  ». Pour , on divise par  : . , donc . À long terme, la concentration se rapproche de g/L, celle de l'eau versée : l'eau pure du début ne compte presque plus. c)  : est croissante. d) équivaut à , soit  : au bout de minutes. équivaut à , soit  : au bout de minutes. e) donne minutes. Alors g/L. La cuve déborde bien avant minutes : g/L ne sera jamais atteint dans cette cuve. ⚠️ La limite décrit le modèle « à l'infini ». La vraie cuve s'arrête à minutes : on vérifie toujours que la réponse reste dans le domaine du modèle. ⭐ Sur le dessin (une graduation horizontale vaut min, une verticale g/L) : la courbe monte vers la droite , soit g/L ; la droite grise marque la cuve pleine. Le point marqué : g/L à minutes.
    -101357911-11234567
  3. 19La lentille de l'appareil photo

    Une lentille convergente a une distance focale de dm. Un objet est placé à la distance de la lentille, en dm, avec . La lentille en donne une image nette, de l'autre côté, à la distance (formule de conjugaison). a) Déterminer . Où se forme l'image d'un objet très lointain ? b) Déterminer la limite de en à droite. Interpréter. c) Donner les asymptotes de la courbe de . d) Montrer que . L'image peut-elle être à moins de dm de la lentille ? e) Pour quelle position de l'objet l'image est-elle à la même distance que lui ?
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    a) Pour  : . Comme , . L'image d'un objet très lointain se forme à dm : au foyer. C'est là qu'on place le capteur pour photographier un paysage. b) Quand  : et en restant positif. . Un objet presque au foyer donne une image rejetée infiniment loin. c) Asymptote verticale et asymptote horizontale (en ). d) . Pour , c'est positif : . L'image est toujours à plus de dm : la courbe reste au-dessus de son asymptote horizontale. e) équivaut à , soit (en divisant par ) , donc . Un objet à dm, le double de la focale, a son image à dm aussi. ⚠️ En b), on travaille à droite de seulement : le modèle exige . Écrire « la limite en  » sans le côté serait faux. ⚠️ En e), on divise par parce que , donc . ⭐ Sur le dessin : la courbe descend le long de la droite grise , puis se couche sur la droite . Le point marqué est sur la droite grise .
    -101234567891012345678910
  4. 20La courbe en S d'un nouvel appareil

    La part des foyers équipés d'un nouvel appareil, en %, années après sa sortie, est modélisée par . On étudie sur (les prolongent le modèle vers le passé). a) Calculer . b) Déterminer la limite de en . Interpréter. c) Déterminer la limite de en . d) En déduire les asymptotes de la courbe. e) Montrer que . En déduire le sens de variation de . f) À la calculatrice, pendant quelle année la part dépasse-t-elle % ?
    Voir la correction
    a)  : % des foyers à la sortie. b) On pose . Quand , et . Le dénominateur tend vers  : . À long terme, presque tous les foyers sont équipés. c) Quand , et . Le dénominateur tend vers  : . d) Deux asymptotes horizontales : en , et (l'axe des abscisses) en . e) avec et . , ce qui donne la formule. Une exponentielle est positive : , est croissante. f) et . La part dépasse % pendant la e année, entre et . ⚠️ En b) et c), c'est la même exponentielle, mais son argument part dans des sens opposés : on refait le raisonnement à chaque bout. ⚠️ % n'est jamais atteint dans le modèle : reste strictement positif. ⭐ Sur le dessin (une graduation verticale vaut %) : la courbe en S part de l'axe à gauche, passe par , soit %, et se couche sous la droite , soit %.
    -4-202468101234567891011
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