3 Limites de fonctions¶
3.1 Définition et exemples¶
Pour découvrir la notion de limite qui est la formalisation de l’idée intuitive se rapprocher de (de façon définitive et uniforme) , commençons avec un exemple :
Définition 3.1.1. Soit la fonction

Son graphe est le suivant :
Au fur et à mesure que la variable
se rapproche de
,
de quelle valeur se rapproche
? Pour nous aider à y voir
plus clair, évaluons la fonction
en plusieurs nombres qui se
rapprochent de
:
se rapproche de
, plus
se rapproche de
et ce de manière uniforme et
définitive : non seulement on se rapproche de cette valeur
aussi bien par la droite que par la gauche , mais ce rapprochement se
fait autant que possible (sans pour autant que la fonction ne prenne
jamais la valeur
) : les valeurs de
se
rapprochent autant qu’on le souhaite de la valeur
à
condition que les valeurs de
soient assez proches de
.
se rapproche bien de
quand les
se rapprochent de
: si on se fixe une
certaine marge d’erreur autour de
(par exemple une marge
d’erreur de
), les valeurs de la fonction
ne s’éloignent pas de
d’une distance supérieure
à l’erreur fixée à condition que les
choisis soient assez
proches de
(avec une marge d’erreur de
, les
disponibles sont ceux ne
s’éloignant pas de
de plus de
).
Si la
fonction
se rapproche bien de
quand les
se rapprochent de
, alors ce test devrait fonctionner quel
que soit la marge d’erreur (non nulle) qu’on s’est donnée, même si
celle-ci est extrêmement petite. Cette idée relativement naturelle
mais complexe est en fait la définition rigoureuse de la notion de
limite.Définition 3.1.2. Soit un intervalle
éventuellement privé d’un point
. Soit
.
On dit que
a une limite
en
si pour toute marge d’erreur
, il existe
tel que pour tout
qui est à une distance plus petite ou égale de
que
, c’est-à-dire tel que
, on a nécessairement que
est à une distance plus petite ou égale de
que
, c’est-à-dire qu’on a
. Dans ce cas, on note :
Exemple 3.1.3. La fonction

a comme limite
en
. On note :

Remarque 3.1.4. Notons que dans l’exemple ci-dessus, la fonction
possède une
limite en
qui vaut
mais est également définie en
de telle sorte que
. Il est important de
comprendre qu’une limite d’une fonction en un point (si elle existe)
n’est pas toujours égale à la valeur de la fonction en ce point (la
fonction peut même ne pas être définie en ce point). C’est d’ailleurs
tout l’intérêt de la notion de limite : elle permet de parler d’une
valeur de laquelle se rapproche une fonction en un point sans que cette
fonction ne soit jamais égale à cette valeur.
Voici à présent un théorème important mais que nous ne pourrons malheureusement pas démontrer :
Théorème 3.1.5. Soit un intervalle
éventuellement privé d’un point
. Soit
.
Si
possède une limite en
, alors cette limite est
unique.
Il fait donc sens de parler de LA limite d’une fonction en un point. Ce théorème ne devrait pas vous surprendre : si on se rapproche de manière uniforme et définitive d’un endroit, on ne peut pas en même temps se rapprocher de manière uniforme et définitive d’un autre endroit.
Exemple 3.1.6. Soit la fonction carrée, dont le graphe est :
et cette limite vaut
:
.
.Exemple 3.1.7. Soit la fonction dont le graphe est :
Cette fonction ne possède pas de limite en
: quand les
se rapprochent de
, les
ne se
rapprochent pas uniformément d’un unique nombre (ils se rapproche de
par la gauche et de
par la droite ).
Exemple 3.1.8. Soit la fonction dont le graphe est :
La fonction n’est pas définie en
mais elle possède néanmoins
une limite en
: quand les
se rapprochent de
, les
se rapprochent uniformément et
définitivement de
. On note :

Définition 3.1.9. Soit la fonction dont le graphe est :
La fonction n’est pas définie en
mais elle possède néanmoins
une limite en
: quand les
se rapprochent de
, les
se rapprochent uniformément et
définitivement de
. On note :

Exercice 3.1.10. À l’aide d’un graphique, déterminer si les limites suivantes existent. Si oui, donner les valeurs de celles-ci.
Exercice 3.1.11. Voici le graphe de la fonction
. Déterminer si les limites
suivantes existent. Si oui, donner les valeurs de celles-ci.
Exercice 3.1.12. Tracer le graphe d’une fonction
définie sur
qui n’a pas de limite en
et qui a une limite en
qui vaut
.
Solution.
Exercice 3.1.13. Déterminer si les limites suivantes si elles existent.
Exercice 3.1.14. Tracer le graphe d’une fonction
ayant les propriétés suivantes
:
dom

est continue partout sauf en
.
n’a pas de limite en
et en 
a une limite en
qui vaut
et une limite
en
qui vaut 
et 
a exactement deux racines et elles se trouvent entre
et
.
Solution.






en
, il existe
tel que pour tout
qui est à une distance plus petite ou égale de
, c’est-à-dire tel que
, on a
nécessairement que
que
, c’est-à-dire qu’on a
.
Dans ce cas, on note :




