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Prépa TAFEM — ENCG · ENCG (TAFEM)

Fonctions numériques : limites, continuité et dérivabilité

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  • Limites : Soit $f$ une fonction. La limite $\lim_{x \to a} f(x) = L$ signifie que $f(x)$ se rapproche de $L$ quand $x$ se rapproche de $a$. On utilise les formes indéterminées (FI) : $\frac{0}{0}, \frac{\infty}{\infty}, \infty-\infty, 0 \times \infty$.
  • Continuité : $f$ est continue en $a$ si $\lim_{x \to a} f(x) = f(a)$. Sur un intervalle, elle est continue si elle est continue en tout point de cet intervalle.
  • Dérivabilité : $f$ est dérivable en $a$ si $\lim_{x \to a} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'(a) \in \mathbb{R}$. Géométriquement, $f'(a)$ est le coefficient directeur de la tangente à la courbe en $a$.
  • Théorème des Valeurs Intermédiaires (TVI) : Si $f$ est continue sur $[a, b]$, alors pour tout $k$ compris entre $f(a)$ et $f(b)$, il existe au moins un $c \in [a, b]$ tel que $f(c) = k$.

Méthodes à maîtriser

  • Levée d'indétermination : Factorisation par le terme de plus haut degré (pour $\infty$), utilisation de la quantité conjuguée (pour les racines), ou utilisation des taux d'accroissement.
  • Étude de continuité : Vérifier la limite à gauche, à droite et la valeur en $a$.
  • Étude de dérivabilité : Calculer la limite du taux d'accroissement ou utiliser les formules usuelles ($x^n, \sqrt{x}, \sin x, \cos x$).
  • Tableau de variations : Le signe de $f'(x)$ donne le sens de variation de $f$.

Exemples corrigés

  • Limite : $\lim_{x \to 1} \frac{x^2-1}{x-1} = \lim_{x \to 1} \frac{(x-1)(x+1)}{x-1} = \lim_{x \to 1} (x+1) = 2$.
  • Dérivée : Soit $f(x) = x^3 + 2x$. Alors $f'(x) = 3x^2 + 2$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de vérifier la continuité avant d'affirmer la dérivabilité.
  • Confondre la limite en $a$ et la valeur $f(a)$.
  • Ne pas préciser l'intervalle de dérivabilité.
  • Erreur de signe lors du calcul de la dérivée d'un quotient.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Fonctions numériques : limites, continuité et dérivabilité

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La dérivée de $f(x) = \sin(2x)$ est :

❓ Questions fréquentes

Kifach n7seb lim f(x) ila kant 0/0 ?
  1. Identifie la forme indéterminée $0/0$.
  2. Si c'est un polynôme, factorise par $(x-a)$ en haut et en bas.
  3. Simplifie par $(x-a)$.
  4. Calcule la limite de l'expression restante.

💡 À retenir : La factorisation est ton outil principal pour éliminer le facteur qui cause le zéro au dénominateur.

Est-ce qu'une fonction continue est toujours dérivable ?

Non, pas forcément. La continuité est une condition nécessaire mais pas suffisante pour la dérivabilité.

  1. Exemple classique : la fonction valeur absolue $f(x) = |x|$ est continue en 0, mais elle n'est pas dérivable en 0 (la courbe a un "point anguleux").

💡 À retenir : Dérivable implique continue, mais continue n'implique pas dérivable.

Chno hiya l'utilité dyal TVI f l'examen ?

Le TVI sert principalement à prouver l'existence de solutions à une équation du type $f(x) = k$.

  1. Vérifie que $f$ est continue sur $[a, b]$.
  2. Vérifie que $k$ est compris entre $f(a)$ et $f(b)$.
  3. Conclus qu'il existe au moins un $c \in [a, b]$ tel que $f(c) = k$.

💡 À retenir : Si $f$ est strictement monotone, la solution est unique.

Comment calculer la dérivée d'une fonction composée f(g(x)) ?

On utilise la formule : $(f \circ g)'(x) = g'(x) \times f'(g(x))$.

  1. Dérive la fonction "intérieure" $g(x)$.
  2. Dérive la fonction "extérieure" $f$ par rapport à son argument.
  3. Multiplie les deux.

💡 À retenir : Ne jamais oublier de multiplier par la dérivée de ce qu'il y a à l'intérieur.

Kifach n3ref wach l'asymptote oblique kayna wla la ?

Pour une asymptote oblique $y = ax + b$ en $+\infty$ :

  1. Calcule $\lim_{x \to +\infty} \frac{f(x)}{x} = a$.
  2. Si $a \neq 0$, calcule $\lim_{x \to +\infty} (f(x) - ax) = b$.
  3. Si $a$ et $b$ sont finis, alors $y = ax + b$ est l'asymptote.

💡 À retenir : Si la limite de $f(x)/x$ est infinie, il n'y a pas d'asymptote oblique.

Est-ce que je dois toujours étudier le signe de la dérivée ?

Oui, c'est indispensable pour dresser le tableau de variations.

  1. Calcule $f'(x)$.
  2. Résous $f'(x) = 0$ pour trouver les points critiques.
  3. Étudie le signe de $f'(x)$ sur chaque intervalle.
  4. Déduis les variations (croissante si $f' > 0$, décroissante si $f' < 0$).

💡 À retenir : Le signe de $f'(x)$ est le seul moyen de connaître le sens de variation.

Comment lever une indétermination avec une racine carrée ?

Utilise la quantité conjuguée.

  1. Multiplie le numérateur et le dénominateur par l'expression conjuguée (ex: $\sqrt{A} - B$ devient $\sqrt{A} + B$).
  2. Utilise l'identité remarquable $(a-b)(a+b) = a^2 - b^2$.
  3. Simplifie l'expression pour éliminer l'indétermination.

💡 À retenir : La quantité conjuguée permet de faire apparaître des carrés et d'éliminer les racines.

La dérivée de 1/f(x) c'est quoi ?

La formule est : $(1/f)' = -f' / f^2$.

  1. Identifie $f(x)$.
  2. Calcule sa dérivée $f'(x)$.
  3. Applique la formule en faisant attention au signe moins au numérateur.

💡 À retenir : Le dénominateur est toujours au carré, donc toujours positif (si $f(x) \neq 0$).

Est-ce que la limite à gauche doit être égale à la limite à droite pour qu'une limite existe ?

Oui, absolument.

  1. Calcule $\lim_{x \to a^+} f(x) = L_1$.
  2. Calcule $\lim_{x \to a^-} f(x) = L_2$.
  3. Si $L_1 = L_2 = L$, alors la limite existe et vaut $L$. Sinon, la limite n'existe pas.

💡 À retenir : L'unicité de la limite est une règle fondamentale.

Comment savoir si une fonction est dérivable en un point a ?

Calcule la limite du taux d'accroissement : $\lim_{x \to a} \frac{f(x) - f(a)}{x - a}$.

  1. Si cette limite est un nombre réel fini, alors $f$ est dérivable en $a$.
  2. Si la limite est $\pm \infty$, $f$ n'est pas dérivable en $a$.

💡 À retenir : Le résultat de cette limite est le nombre dérivé $f'(a)$.

Pourquoi on étudie la dérivabilité à droite et à gauche ?

On le fait quand la fonction change de définition en $a$ (ex: fonction définie par morceaux).

  1. Calcule $\lim_{x \to a^+} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'_d(a)$.
  2. Calcule $\lim_{x \to a^-} \frac{f(x)-f(a)}{x-a} = f'_g(a)$.
  3. Si $f'_d(a) = f'_g(a)$, alors $f$ est dérivable en $a$.

💡 À retenir : Si les deux sont différents, il y a un point anguleux.

Est-ce que je peux utiliser la règle de L'Hôpital ?

(à vérifier par le professeur) Dans le programme marocain, on privilégie les taux d'accroissement. La règle de L'Hôpital n'est pas au programme officiel du lycée.

  1. Utilise les limites usuelles.
  2. Utilise les taux d'accroissement.
  3. Utilise la factorisation.

💡 À retenir : Reste sur les méthodes classiques enseignées en cours pour éviter les pénalités.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $f$ la fonction définie sur $\mathbb{R}$ par : $f(x) = x^2 - 4x + 3$ si $x \leq 1$ $f(x) = \sqrt{x-1}$ si $x > 1$ Étudier la continuité de $f$ en $x_0 = 1$.

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Exercice 2

Calculer la limite suivante : $\lim_{x \to 0} \frac{\sqrt{x+1} - 1}{x}$.

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Exercice 3

Soit $f(x) = x^3 - 3x + 1$. Montrer que l'équation $f(x) = 0$ admet au moins une solution dans $[0, 1]$.

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