10 Exercices sur les Limites et Continuité
2ème BAC Sciences Mathématiques
Exercice 1 : Calcul de limite simple
Calculer \(\lim_{x \to 2} \frac{x^2 – 4}{x – 2}\)
Solution :
- Factorisation : \(\frac{(x-2)(x+2)}{x-2} = x + 2\) pour \(x \neq 2\)
- Donc \(\lim_{x \to 2} x + 2 = 4\)
Exercice 2 : Forme indéterminée
Calculer \(\lim_{x \to +\infty} \sqrt{x^2 + 3x} – x\)
Solution :
- Multiplier par la quantité conjuguée : \(\frac{(\sqrt{x^2+3x}-x)(\sqrt{x^2+3x}+x)}{\sqrt{x^2+3x}+x}\)
- Simplifier : \(\frac{3x}{\sqrt{x^2+3x}+x}\)
- Diviser par x : \(\frac{3}{\sqrt{1+\frac{3}{x}}+1}\) → \(\frac{3}{2}\)
Exercice 3 : Limite trigonométrique
Calculer \(\lim_{x \to 0} \frac{\sin(5x)}{3x}\)
Solution :
- Utiliser \(\lim_{u \to 0} \frac{\sin u}{u} = 1\)
- Écrire \(\frac{\sin(5x)}{3x} = \frac{5}{3} \cdot \frac{\sin(5x)}{5x}\)
- Donc la limite vaut \(\frac{5}{3}\)
Exercice 4 : Continuité en un point
Soit \(f(x) = \begin{cases}
\frac{x^2 – 1}{x – 1} & \text{si } x \neq 1 \\
3 & \text{si } x = 1
\end{cases}\)
f est-elle continue en x=1 ?
Solution :
- \(\lim_{x \to 1} \frac{x^2 – 1}{x – 1} = 2\) (simplification)
- Mais \(f(1) = 3\)
- La limite ≠ valeur de la fonction ⇒ discontinue
Exercice 5 : Théorème des valeurs intermédiaires
Montrer que l’équation \(x^3 + 2x – 5 = 0\) admet une solution dans [1,2]
Solution :
- \(f(x) = x^3 + 2x – 5\) est continue sur [1,2]
- \(f(1) = -2\) et \(f(2) = 7\)
- \(0 ∈ [-2,7]\) ⇒ ∃c ∈ [1,2] tel que \(f(c) = 0\)
Exercice 6 : Asymptotes
Déterminer les asymptotes de \(f(x) = \frac{2x^2 – 3}{x – 1}\)
Solution :
- Asymptote verticale : x=1 (limite infinie)
- Asymptote oblique : Division polynomiale :
\(f(x) = 2x + 2 + \frac{-1}{x-1}\)
Donc y=2x+2 est asymptote oblique
Exercice 7 : Limite exponentielle
Calculer \(\lim_{x \to -\infty} x e^x\)
Solution :
- Poser \(X = -x\) → \( \lim_{X \to +\infty} -X e^{-X} \)
- Écrire \( \lim_{X \to +\infty} \frac{-X}{e^X} = 0 \) (l’exponentielle l’emporte)
Exercice 8 : Fonction définie par morceaux
Soit \(f(x) = \begin{cases}
\frac{\sin x}{x} & \text{si } x < 0 \\
a & \text{si } x = 0 \\
\frac{\sqrt{1+x} - 1}{x} & \text{si } x > 0
\end{cases}\)
Pour quelle valeur de a f est-elle continue en 0 ?
Solution :
- \(\lim_{x \to 0^-} \frac{\sin x}{x} = 1\)
- \(\lim_{x \to 0^+} \frac{\sqrt{1+x}-1}{x} = \frac{1}{2}\) (quantité conjuguée)
- Les limites à gauche et droite diffèrent ⇒ pas de continuité possible
- Sauf si a=1 et on prolonge par continuité à gauche seulement
Exercice 9 : Croissance comparée
Calculer \(\lim_{x \to +\infty} \frac{x^3 + \ln x}{e^x}\)
Solution :
- L’exponentielle l’emporte sur toute puissance
- Donc \(\frac{x^3}{e^x} \to 0\) et \(\frac{\ln x}{e^x} \to 0\)
- La limite vaut 0
Exercice 10 : Prolongement par continuité
Peut-on prolonger par continuité \(f(x) = \frac{\sin(x^2)}{x}\) en 0 ?
Solution :
- \(\lim_{x \to 0} \frac{\sin(x^2)}{x} = \lim_{x \to 0} x \cdot \frac{\sin(x^2)}{x^2} = 0 \times 1 = 0\)
- On peut donc définir \(f(0) = 0\)
- La fonction prolongée est alors continue en 0
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