FICHE D'EXERCICES #2

Formes indéterminées

15 exercices progressifs • Factorisation • Simplification • Quotients • Quantité conjuguée

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Objectif : reconnaître une forme indéterminée puis choisir une transformation adaptée pour la lever. La difficulté augmente progressivement jusqu’à un exercice bilan mêlant plusieurs techniques.

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A. Identifier les formes indéterminées

1

Repérer une forme indéterminée

Pour chacune des limites suivantes, indiquer d’abord si l’expression conduit à une forme indéterminée, sans chercher à la calculer. \[ \text{a. }\lim_{x\to+\infty}(x^2-3x)\qquad \text{b. }\lim_{x\to+\infty}\frac{2x^2+1}{x^2-4} \] \[ \text{c. }\lim_{x\to+\infty}\frac{x+1}{x^2+3}\qquad \text{d. }\lim_{x\to+\infty}(\sqrt{x^2+1}-x). \]
Afficher la correction
a. \(x^2\to+\infty\) et \(3x\to+\infty\) : forme \(+\infty-\infty\), indéterminée.
b. Numérateur et dénominateur tendent vers \(+\infty\) : forme \(\frac{\infty}{\infty}\), indéterminée.
c. Numérateur et dénominateur tendent vers \(+\infty\) : forme \(\frac{\infty}{\infty}\), indéterminée, même si la limite sera ensuite facile à lever.
d. Les deux termes tendent vers \(+\infty\) : forme \(+\infty-\infty\), indéterminée.

B. Lever une indétermination par factorisation

2

Factorisation simple

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}(x^2-7x). \]
Afficher la correction
La lecture directe donne \(+\infty-\infty\). On factorise : \[ x^2-7x=x(x-7). \] Or \(x\to+\infty\) et \(x-7\to+\infty\). Donc, par produit : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}(x^2-7x)=+\infty}. \]
3

Factoriser par la puissance dominante

Déterminer : \[ \lim_{x\to-\infty}(3x^4+5x^3-2x). \]
Afficher la correction
On factorise par \(x^4\) : \[ 3x^4+5x^3-2x=x^4\left(3+\frac5x-\frac2{x^3}\right). \] Lorsque \(x\to-\infty\), \(x^4\to+\infty\) et \[ 3+\frac5x-\frac2{x^3}\to3. \] Donc, par produit : \[ \boxed{\lim_{x\to-\infty}(3x^4+5x^3-2x)=+\infty}. \]
4

Différence de deux polynômes

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}\left[(2x^3-x+1)-(2x^3-5x^2+4)\right]. \]
Afficher la correction
Écrire séparément les limites donnerait \(+\infty-\infty\). On simplifie d’abord : \[ (2x^3-x+1)-(2x^3-5x^2+4)=5x^2-x-3. \] Le terme dominant est \(5x^2\). Ainsi : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}(5x^2-x-3)=+\infty}. \]

C. Quotients et termes dominants

5

Quotient : même degré

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}\frac{5x^2-3x+7}{2x^2+x-4}. \]
Afficher la correction
La forme est \(\frac{\infty}{\infty}\). On divise par \(x^2\) : \[ \frac{5-\frac3x+\frac7{x^2}}{2+\frac1x-\frac4{x^2}}. \] Le numérateur tend vers \(5\) et le dénominateur vers \(2\neq0\). Donc, par quotient : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\frac{5x^2-3x+7}{2x^2+x-4}=\frac52}. \]
6

Quotient : degré du numérateur inférieur

Déterminer : \[ \lim_{x\to-\infty}\frac{3x^2+1}{x^3-4x}. \]
Afficher la correction
On divise numérateur et dénominateur par \(x^3\) : \[ \frac{\frac3x+\frac1{x^3}}{1-\frac4{x^2}}. \] Le numérateur tend vers \(0\) et le dénominateur vers \(1\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to-\infty}\frac{3x^2+1}{x^3-4x}=0}. \]
7

Quotient : degré du numérateur supérieur

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}\frac{4x^4-x+2}{2x^2+3}. \]
Afficher la correction
Le quotient des termes dominants vaut \[ \frac{4x^4}{2x^2}=2x^2. \] Or \(\lim_{x\to+\infty}2x^2=+\infty\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\frac{4x^4-x+2}{2x^2+3}=+\infty}. \]

D. Formes 0/0 au voisinage d’un réel

8

Simplifier avant de passer à la limite

Déterminer : \[ \lim_{x\to3}\frac{x^2-9}{x-3}. \]
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La substitution donne \(\frac00\), forme indéterminée. Pour \(x\neq3\), \[ \frac{x^2-9}{x-3} =\frac{(x-3)(x+3)}{x-3}=x+3. \] Ainsi : \[ \boxed{\lim_{x\to3}\frac{x^2-9}{x-3}=6}. \]
9

Une autre forme \(0/0\)

Déterminer : \[ \lim_{x\to2}\frac{x^2+x-6}{x-2}. \]
Afficher la correction
La substitution donne \(\frac00\). On factorise : \[ x^2+x-6=(x-2)(x+3). \] Pour \(x\neq2\), \[ \frac{x^2+x-6}{x-2}=x+3. \] Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to2}\frac{x^2+x-6}{x-2}=5}. \]
10

Factorisation au numérateur et au dénominateur

Déterminer : \[ \lim_{x\to1}\frac{x^2-1}{x^2-3x+2}. \]
Afficher la correction
La substitution donne \(\frac00\). Or \[ x^2-1=(x-1)(x+1) \] et \[ x^2-3x+2=(x-1)(x-2). \] Pour \(x\neq1\), \[ \frac{x^2-1}{x^2-3x+2}=\frac{x+1}{x-2}. \] Le dénominateur tend vers \(-1\neq0\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to1}\frac{x^2-1}{x^2-3x+2}=-2}. \]

E. Utiliser une quantité conjuguée

11

Quantité conjuguée

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+5}-x\right). \]
Afficher la correction
On obtient \(+\infty-\infty\). On multiplie par la quantité conjuguée : \[ \sqrt{x^2+5}-x =\frac{(\sqrt{x^2+5}-x)(\sqrt{x^2+5}+x)}{\sqrt{x^2+5}+x} =\frac5{\sqrt{x^2+5}+x}. \] Le dénominateur tend vers \(+\infty\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+5}-x\right)=0}. \]
12

Conjuguée : une limite non nulle

Déterminer : \[ \lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+6x}-x\right). \]
Afficher la correction
La forme est \(+\infty-\infty\). Avec la quantité conjuguée : \[ \sqrt{x^2+6x}-x =\frac{6x}{\sqrt{x^2+6x}+x}. \] Comme \(x>0\) au voisinage de \(+\infty\), \[ \sqrt{x^2+6x}=x\sqrt{1+\frac6x}. \] Ainsi \[ \sqrt{x^2+6x}-x =\frac6{\sqrt{1+\frac6x}+1}. \] Or \(\frac6x\to0\), donc \(1+\frac6x\to1\). Comme \(\lim_{X\to1}\sqrt X=1\), par composition : \[ \sqrt{1+\frac6x}\to1. \] Par quotient : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+6x}-x\right)=3}. \]
13

Conjuguée au voisinage d’un réel

Déterminer : \[ \lim_{x\to0}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x}. \]
Afficher la correction
La substitution donne \(\frac00\). On multiplie par la quantité conjuguée : \[ \frac{\sqrt{1+x}-1}{x} \times\frac{\sqrt{1+x}+1}{\sqrt{1+x}+1} =\frac{1}{\sqrt{1+x}+1}. \] Lorsque \(x\to0\), \(\sqrt{1+x}\to1\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to0}\frac{\sqrt{1+x}-1}{x}=\frac12}. \]

F. Choisir la bonne méthode

14

Choisir la bonne technique

Déterminer les trois limites suivantes. Pour chacune, préciser la technique choisie. \[ \text{a. }\lim_{x\to+\infty}(4x^3-7x^2) \] \[ \text{b. }\lim_{x\to4}\frac{x^2-16}{x-4} \] \[ \text{c. }\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+8x}-x\right). \]
Afficher la correction
a. Factorisation : \[ 4x^3-7x^2=x^2(4x-7), \] donc \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}(4x^3-7x^2)=+\infty}. \] b. Factorisation et simplification : \[ \frac{x^2-16}{x-4}=x+4\quad(x\neq4), \] donc \[ \boxed{\lim_{x\to4}\frac{x^2-16}{x-4}=8}. \] c. Quantité conjuguée : \[ \sqrt{x^2+8x}-x =\frac8{\sqrt{1+\frac8x}+1}, \] donc \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+8x}-x\right)=4}. \]
15

Exercice bilan

Déterminer, en rédigeant soigneusement, les limites suivantes : \[ \text{a. }\lim_{x\to+\infty}\frac{2x^3-5x+1}{x^3+4x^2-2} \] \[ \text{b. }\lim_{x\to-2}\frac{x^2+5x+6}{x+2} \] \[ \text{c. }\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{4x^2+3x}-2x\right) \] \[ \text{d. }\lim_{x\to+\infty}(3x^4-2x^3). \]
Afficher la correction
a. On divise par \(x^3\) : \[ \frac{2-\frac5{x^2}+\frac1{x^3}}{1+\frac4x-\frac2{x^3}}\longrightarrow2, \] donc \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\frac{2x^3-5x+1}{x^3+4x^2-2}=2}. \] b. \(x^2+5x+6=(x+2)(x+3)\). Pour \(x\neq-2\), le quotient vaut \(x+3\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to-2}\frac{x^2+5x+6}{x+2}=1}. \] c. On utilise la quantité conjuguée : \[ \sqrt{4x^2+3x}-2x =\frac{3x}{\sqrt{4x^2+3x}+2x}. \] Comme \(x>0\) au voisinage de \(+\infty\), \[ =\frac3{\sqrt{4+\frac3x}+2}. \] Or \(\frac3x\to0\), donc \(4+\frac3x\to4\). Comme \(\lim_{X\to4}\sqrt X=2\), par composition, \[ \sqrt{4+\frac3x}\to2. \] Ainsi : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{4x^2+3x}-2x\right)=\frac34}. \] d. On factorise : \[ 3x^4-2x^3=x^3(3x-2). \] Les deux facteurs tendent vers \(+\infty\). Donc : \[ \boxed{\lim_{x\to+\infty}(3x^4-2x^3)=+\infty}. \]