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La limite d'une fonction

La fonction (x² − 4)/(x − 2) n'est pas définie en x = 2, mais elle vaut 3.999 en x = 1.999 et 4.001 en 2.001.

Ce qui se passe près d'un point

Prends f(x) = (x² − 4)/(x − 2). En remplaçant x par 2, tu obtiens 0/0, qui n'est pas un nombre : f(2) n'est donc pas définie. Mais cela ne dit pas tout. Essaie des valeurs proches de 2 : f(1.9) = 3.9, f(1.99) = 3.99, f(2.01) = 4.01, f(2.1) = 4.1. Des deux côtés, les images se rapprochent de 4. On écrit limx→2 f(x) = 4, ce qui se lit : la limite de f(x) quand x tend vers 2 est 4. La factorisation l'explique : x² − 4 = (x − 2)(x + 2), donc f(x) = x + 2 pour tout x différent de 2. La courbe est la droite y = x + 2 privée d'un point.

OpenStax formule ainsi la définition intuitive. Soit f définie sur un intervalle ouvert contenant a, sauf éventuellement en a lui-même. Si toutes les valeurs de f(x) se rapprochent du réel L lorsque x, différent de a, tend vers a, alors la limite de f(x) quand x tend vers a est L. Les mots « sauf éventuellement en a lui-même » sont essentiels. La limite décrit les valeurs près de a, jamais la valeur en a. La fonction peut ne pas être définie en a, y avoir une autre valeur ou y avoir la même valeur : dans les trois cas, la limite peut être identique.

xf(x)xf(x)
1.93.92.14.1
1.993.992.014.01
1.9993.9992.0014.001

Estimer avec un tableau

La méthode proposée par OpenStax consiste à construire deux colonnes de valeurs de x, l'une tendant vers a par valeurs inférieures, l'autre par valeurs supérieures, puis à observer les images. Pour limx→0 (sin x)/x, avec x en radians : sin(0.1)/0.1 ≈ 0.998334, sin(0.01)/0.01 ≈ 0.999983. Les valeurs pour −0.1 et −0.01 sont identiques, car la fonction est paire. Les valeurs tendent vers 1 : la limite est donc 1. Ici, pas de simplification algébrique par factorisation ; le tableau et la courbe servent d'indices. Une section ultérieure le démontre avec le théorème des gendarmes.

Un tableau peut tromper si l'on se fie à trop peu de lignes. Une calculatrice utilise un nombre limité de chiffres et, pour x extrêmement proche de 2, elle peut mal arrondir (x² − 4) et (x − 2). Utilise plusieurs lignes, regarde les deux côtés et complète le tableau par une courbe ou un calcul algébrique quand c'est possible. Une courbe a le défaut inverse : elle montre bien la tendance, mais ne donne pas de valeur exacte. Ensemble, ces outils donnent une bonne estimation ; les opérations sur les limites, dans l'unité 4, permettent souvent d'obtenir une réponse exacte.

La droite y = x + 2, avec un trou en (2, 4) et la valeur f(2) = 1 placée ailleurs. La limite en 2 reste 4.

La figure ci-dessus illustre la même idée que la courbe de l'exemple 2.6 d'OpenStax : g(−1) = 4, mais les valeurs près de −1 tendent vers 3. Ici, la fonction vaut x + 2 partout sauf en 2, où l'on a défini f(2) = 1. Près de 2, les images se rapprochent toujours de 4 : la limite vaut donc 4, tandis que la valeur vaut 1. Limite et valeur peuvent différer. Lorsqu'elles coïncident, la fonction est dite continue en ce point ; c'est le sujet de l'unité 5.

ContexteLes passages à la limite ont une longue histoire. OpenStax rappelle que les premiers mathématiciens les utilisaient pour approcher toujours mieux l'aire d'un disque. Archimède, par exemple, encadrait un cercle par deux polygones réguliers à 96 côtés, l'un inscrit, l'autre circonscrit. La définition formelle d'une limite sous sa forme actuelle n'est apparue qu'à la fin du 19e siècle. On utilisait abondamment l'analyse depuis près de deux siècles avant de savoir définir précisément une limite : une bonne raison de commencer, comme eux, avec des tableaux et des figures.
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f(x) = (x² − 4)/(x − 2). Rapproche x de 2 des deux côtés, ou appuie sur Approcher. Le tableau donne les valeurs de f(2 ± 0.1) à f(2 ± 0.0001).
  1. f(x) = (x² − 4)/(x − 2). Combien vaut f(2.01) ?
  2. limx→3 (x² − 9)/(x − 3) = ?
  3. limx→1 (x² − 1)/(x − 1) = ?
  4. À l'aide d'un tableau, trouve limx→2 (x³ − 8)/(x − 2) = ? (Essaie x = 1.999 et 2.001.)
  5. Combien vaut sin(0.1)/0.1 à quatre décimales (x en radians) ?
  6. limx→0 (sin x)/x = ?
  7. g(x) = x + 2 pour x ≠ 2 et g(2) = 1. Quelle est limx→2 g(x) ?
    • 4
    • 1
    • Elle n'existe pas
    • 2
  8. La limite limx→a f(x) dépend-elle de la valeur f(a) ?
    • Non
    • Oui
    • Seulement pour les polynômes
    • Seulement si f(a) = 0
  9. limx→−1 (x² + 3x + 2)/(x + 1) = ?
  10. Pourquoi examiner les valeurs de x des deux côtés de a ?
    • Les deux côtés peuvent tendre vers des nombres différents
    • Cela double la précision de la calculatrice
    • Seul le côté droit compte
    • Le tableau doit avoir un nombre pair de lignes
L'essentiel
  • limx→a f(x) = L : quand x se rapproche de a (x ≠ a), f(x) se rapproche de L.
  • La valeur f(a) n'influence pas la limite.
  • Estime la limite avec un tableau des deux côtés et une courbe.
  • Obtenir 0/0 en un point demande de poursuivre le calcul, souvent par factorisation.
Sources de ce cours (5)
  • OpenStax, Calculus Volume 1 , chapter 2 Limits: 2.1 A Preview of Calculus (tangent problem and area problem; secant slopes through (1, 1) on f(x) = x² with (2, 4) giving 3 and (3/2, 9/4) giving 2.5; rock s(t) = −16t² + 64 with average velocities −15.84 and −16.16 near t = 0.5; three rectangles under x² + 1 on [0, 3] giving 8: openstax.org/books/calculus-volume-1/pages/2-1-a-preview-of-calculus)
  • 2.2 The Limit of a Function ((x² − 4)/(x − 2) → 4 at 2, (sin x)/x → 1 at 0 from a table, sin(1/x) has no limit at 0, one-sided limits of |x − 2|/(x − 2), infinite limits and vertical asymptotes, the formal definition appearing only in the late 19th century: .../pages/2-2-the-limit-of-a-function)
  • 2.3 The Limit Laws (sum, difference, constant multiple, product, quotient, power and root laws; direct substitution; factoring and rationalizing 0/0 forms; squeeze theorem: .../pages/2-3-the-limit-laws)
  • 2.4 Continuity (three conditions; removable, jump and infinite discontinuities; Intermediate Value Theorem: .../pages/2-4-continuity)
  • 2.5 The Precise Definition of a Limit (.../pages/2-5-the-precise-definition-of-a-limit).

Consulté le: 2026-10-17