Exemples résolus

Des exercices de maths du lycée (Tronc Commun, 1bac, 2bac) résolus pas à pas par le professeur. Abonne-toi pour résoudre les tiens, en quelques secondes.

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Exemple
Limites et continuité · 1ère Bac - 2ème Bac · difficulté 5/10

Calculer la limite suivante : \[ \lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+3x}-x\right) \]

Pour calculer cette limite, on multiplie et divise par la quantité conjuguée : $$\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+3x}-x\right) = \lim_{x\to+\infty}\frac{\left(\sqrt{x^2+3x}-x\right)\left(\sqrt{x^2+3x}+x\right)}{\sqrt{x^2+3x}+x}$$ En développant le numérateur : $$= \lim_{x\to+\infty}\frac{(x^2+3x)-x^2}{\sqrt{x^2+3x}+x} = \lim_{x\to+\infty}\frac{3x}{\sqrt{x^2+3x}+x}$$ On divise numérateur et dénominateur par $x$ (et comme $x\to+\infty$, $x>0$) : $$= \lim_{x\to+\infty}\frac{3}{\sqrt{\frac{x^2+3x}{x^2}}+1} = \lim_{x\to+\infty}\frac{3}{\sqrt{1+\frac{3}{x}}+1}$$ Quand $x\to+\infty$, $\frac{3}{x}\to 0$ : $$= \frac{3}{\sqrt{1+0}+1} = \frac{3}{1+1} = \frac{3}{2}$$ Donc : $$\boxed{\lim_{x\to+\infty}\left(\sqrt{x^2+3x}-x\right) = \frac{3}{2}}$$
En bref : Cette limite présente une indétermination de type $(+\infty - \infty)$. On la lève en utilisant la technique classique de la quantité conjuguée, qui transforme la différence en quotient où on peut appliquer les règles de limite à l'infini.
Exemple
Étude de fonctions et dérivation · 2 Bac SM · difficulté 5/10

Soit la fonction \[ f(x)=\frac{x+\ln x}{x},\qquad x>0. \] Étudier les variations de \(f\).

**Étape 1 : Domaine de définition** La fonction $f(x) = \frac{x + \ln x}{x}$ est définie pour $x > 0$. **Étape 2 : Calcul de la dérivée** On réécrit d'abord : $f(x) = 1 + \frac{\ln x}{x}$ Pour dériver $\frac{\ln x}{x}$, on utilise la règle du quotient : $$\left(\frac{\ln x}{x}\right)' = \frac{\frac{1}{x} \cdot x - \ln x \cdot 1}{x^2} = \frac{1 - \ln x}{x^2}$$ Donc : $$f'(x) = \frac{1 - \ln x}{x^2}$$ **Étape 3 : Étude du signe de $f'(x)$** Le dénominateur $x^2 > 0$ pour tout $x > 0$. Le signe de $f'(x)$ dépend du numérateur $1 - \ln x$ : - $1 - \ln x > 0 \Leftrightarrow \ln x < 1 \Leftrightarrow x < e$ - $1 - \ln x = 0 \Leftrightarrow x = e$ - $1 - \ln x < 0 \Leftrightarrow x > e$ **Étape 4 : Tableau de variations** $$\begin{array}{|c|ccccc|} \hline x & 0^+ & & e & & +\infty \\ \hline f'(x) & & + & 0 & - & \\ \hline f(x) & & \nearrow & f(e) & \searrow & \\ \hline \end{array}$$ **Étape 5 : Valeur au maximum** $$f(e) = \frac{e + \ln e}{e} = \frac{e + 1}{e} = 1 + \frac{1}{e}$$ **Conclusion :** - $f$ est **croissante** sur $]0, e[$ - $f$ atteint un **maximum** en $x = e$ avec $f(e) = 1 + \frac{1}{e}$ - $f$ est **décroissante** sur $]e, +\infty[$
En bref : On dérive $f$ en utilisant la règle du quotient. Le signe de la dérivée dépend du numérateur $1 - \ln x$, qui change de signe en $x = e$. La fonction croît jusqu'à $e$, atteint un maximum, puis décroît.
Exemple
Suites numériques - Convergence et bornitude · 1ère Bac / 2ème Bac · difficulté 3/10

une suite convergente est l majorée?

**Théorème** : Toute suite convergente est majorée (et minorée). **Démonstration** : Soit $(u_n)$ une suite convergente vers une limite $l \in \mathbb{R}$. Par définition de la convergence, pour $\varepsilon = 1 > 0$, il existe un rang $N \in \mathbb{N}$ tel que : $$\forall n \geq N : |u_n - l| < 1$$ Cela signifie : $$\forall n \geq N : l - 1 < u_n < l + 1$$ Pour les termes initiaux $(u_0, u_1, \ldots, u_{N-1})$, qui sont en nombre fini, on peut trouver leur maximum $M_1$ et leur minimum $m_1$. Alors, en posant $M = \max(M_1, l+1)$, on a : $$\forall n \in \mathbb{N} : u_n \leq M$$ De même, on peut montrer que la suite est minorée. **Conclusion** : Une suite convergente est à la fois majorée et minorée, donc elle est bornée.
En bref : Une suite convergente se stabilise autour d'une limite finie, donc elle reste enfermée dans un intervalle borné au-delà d'un certain rang. En combinant ce comportement avec le nombre fini de termes initiaux, on conclut que la suite est majorée.

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