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Lever une forme indéterminée

Méthode 1 : Factoriser le terme de plus haut degré

Méthode

Cette méthode s'emploie notamment lorsque l'on rencontre une forme indéterminée du type « $ \infty - \infty $ » pour un polynôme ou « $ \dfrac{\pm \infty }{\pm \infty } $ » pour une fonction rationnelle. Elle consiste à :

  • mettre le terme deplus haut degré en facteur
  • dans le cas d'une fraction, simplifier au maximum
  • l'indétermination devrait avoir disparue et il est possible de calculer la limite à l'aide des règles de calcul usuelles

Exemple

Calculer $ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty } \left(x^{2} - 3x\right) $.

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty } x^{2}=+\infty $

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty } - 3x= - \infty $

On rencontre ici une forme indéterminée du type « $ +\infty - \infty $ ».

On va mettre $ x^{2} $ en facteur.Il ne s'agit pas d'une factorisation « classique » puisque $ x^{2} $ n'apparaît pas dans le terme $ - 3x $ Il s'agit d'une factorisation « forcée » qui va faire apparaître des fractions dans le second facteur :

$ x^{2} - 3x=x^{2}\left(1 - \dfrac{3x}{x^{2}}\right)=x^{2}\left(1 - \dfrac{3}{x}\right) $

Maintenant l'indétermination a été levée. On a :

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\left( - \dfrac{3}{x}\right)=0 $

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\left(1 - \dfrac{3}{x}\right)=1 $

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }x^{2}=+\infty $

et par produit :

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty } x^{2}\left(1 - \dfrac{3}{x}\right)=+\infty $

En conclusion : $ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty } \left(x^{2} - 3x\right)=+\infty $

Exemple

On veut calculer $ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty } \dfrac{x^{2}+1}{x+1} $

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty } \left(x^{2}+1\right)=+\infty $

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty } \left(x+1\right)= - \infty $

On a une forme indéterminée du type « $ \dfrac{+\infty }{ - \infty } $ »

On met $ x^{2} $ en facteur au numérateur et $ x $ en facteur au dénominateur :

$ \dfrac{x^{2}+1}{x+1}=\dfrac{x^{2}\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}{x\left(1+\dfrac{1}{x}\right)} $

Puis on simplifie par $ x $ :

$ \dfrac{x^{2}\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}{x\left(1+\dfrac{1}{x}\right)}=\dfrac{x\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}{1+\dfrac{1}{x}} $

L'indétermination a disparue ; en effet :

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty }\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)=1 $

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty }x\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)= - \infty $

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty }\left(1+\dfrac{1}{x}\right)=1 $

donc par quotient :

$ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty }\dfrac{x\left(1+\dfrac{1}{x^{2}}\right)}{1+\dfrac{1}{x}}= - \infty $

Finalement : $ \lim\limits_{x\rightarrow - \infty } \dfrac{x^{2}+1}{x+1}= - \infty $

Méthode 2 : Multiplier par l'« expression conjuguée »

Méthode

Cette méthode s'emploie lorsque l'on a affaire une forme indéterminée du type « $ \infty - \infty $ » dans une expression comportant des racines carrées (du type $ \sqrt{A\left(x\right)} - \sqrt{B\left(x\right)} $ par exemple).

Cette méthode consiste à multiplier et à diviser par l'« expression conjuguée »de $ \sqrt{A\left(x\right)} - \sqrt{B\left(x\right)} $, c'est à dire $ \sqrt{A\left(x\right)}+\sqrt{B\left(x\right)} $.

Exemple

Calculer $ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\sqrt{x} - \sqrt{x+1} $.

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\sqrt{x}=+\infty $

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\sqrt{x+1}=+\infty $

On rencontre donc une forme indéterminée du type « $ +\infty - \infty $ ».

On va multiplier et diviser par $ \sqrt{x} + \sqrt{x+1} $:

$ \sqrt{x} - \sqrt{x+1}=\dfrac{\left(\sqrt{x} - \sqrt{x+1}\right)\left(\sqrt{x} + \sqrt{x+1}\right)}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}} $

On a une identité remarquable au numérateur :

$ \dfrac{\left(\sqrt{x} - \sqrt{x+1}\right)\left(\sqrt{x} + \sqrt{x+1}\right)}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}}=\dfrac{\left(\sqrt{x}\right)^{2} - \left(\sqrt{x+1}\right)^{2}}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}}=\dfrac{x - \left(x+1\right)}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}}=\dfrac{ - 1}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}} $

Il n'y a plus d'indétermination :

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\left(\sqrt{x}\right)=+\infty $

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\left(\sqrt{x+1}\right)=+\infty $

donc par somme :

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\left(\sqrt{x} + \sqrt{x+1}\right)=+\infty $

et par quotient :

$ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\dfrac{ - 1}{\sqrt{x} + \sqrt{x+1}}=0 $

En conclusion : $ \lim\limits_{x\rightarrow +\infty }\sqrt{x} - \sqrt{x+1}=0 $

Méthode 3 : Utilisation de la définition du nombre dérivé

Cette méthode est détaillée sur cette page : Calcul de limites à l'aide de la définition du nombre dérivé