Limites d'une fonction/Théorèmes sur les limites

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Théorèmes sur les limites
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Chapitre 6
Leçon : Limites d'une fonction
Chap. préc. : Opérations sur les limites
Chap. suiv. : Limite des polynômes et fractions rationnelles à l'infini


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Limites d'une fonction/Théorèmes sur les limites
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[modifier] Théorèmes de domination

Théorème

Soient ƒ et g deux fonctions.

  • Si \lim_{+\infty}f=+\infty et g\geq f, alors \lim_{+\infty}g=+\infty
  • Si \lim_{+\infty}f=-\infty et g\leq f, alors \lim_{+\infty}g=-\infty


En effet, si une fonction donnée prend des valeurs de plus en plus grandes (tendant vers +∞), une autre fonction dont les valeurs seraient encore plus grandes fait de même !

De même, si une fonction donnée prend des valeurs de plus en plus petites (tendant vers -∞), une autre fonction dont les valeurs seraient encore plus petites va tendre également vers -∞.


[modifier] Théorème des gendarmes

Generic Squeeze or Sandwich Theorem Representation.svg


Théorème

Soit a\in\R

Si \lim_af=L et \lim_ah=L et f\leq g\leq h, alors \lim_ag=L

Ce théorème est également valable pour une limite en l'infini :

Si \lim_{+\infty}f=L et \lim_{+\infty}h=L et f\leq g\leq h, alors \lim_{+\infty}g=L
Si \lim_{-\infty}f=L et \lim_{-\infty}h=L et f\leq g\leq h, alors \lim_{-\infty}g=L

Il se comprend facilement qu'une fonction coincée entre deux autres qui ont la même limite est forcée d'avoir elle aussi cette limite par effet « d'entonnoir ».

Le nom de « théorème des gendarmes » reprend cette image. Un voleur attrapé de part et d'autre par deux gendarmes est bien obligé d'aller au même endroit qu'eux. Outre-Manche, ce théorème est parfois appelé « the sandwich theorem ».


Squeeze theorem example.svg


Exemple

Soit \color{blue}g:x\mapsto x^2\sin\left(\frac1x\right). On cherche la limite de g en 0.

Cette limite est loin d'être facile à trouver si on n'a pas recours au théorème des gendarmes. Il suffit en effet de poser :

\color{red}f:x\mapsto -x^2
\color{green}h:x\mapsto x^2

Comme pour tout t\in\R,~-1\leq\sin(t)\leq 1, on a pour tout x\in\R^*,~f(x)\leq g(x)\leq h(x)

Comme de plus \lim_0f=0 et que \lim_0h=0, le théorème des gendarmes permet de montrer que \lim_0g=0


Crystal Clear action back.png Opérations sur les limites