Calculer les limites de fonctions trigonométriques

Exemples, solutions détaillées étape par étape et exercices pratiques

Plusieurs exemples liés aux limites de fonctions trigonométriques avec des solutions détaillées et des exercices avec réponses sont présentés.

Dans ce qui suit, \( C \) représente la constante d'intégration le cas échéant.

Exemples et solutions

Cliquez sur chaque exemple pour afficher sa solution détaillée étape par étape.

Exemple 1

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1 - \cos x}{x} \]
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Multiplions le numérateur et le dénominateur par \( 1 + \cos x \) et écrivons :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1 - \cos x}{x} = \lim_{x \to 0} \dfrac{1 - \cos x}{x} \cdot \dfrac{1 + \cos x}{1 + \cos x} \]

Le numérateur devient égal à \( 1 - \cos^2 x = \sin^2 x \), d'où :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1 - \cos x}{x} = \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin^2 x}{x} \cdot \dfrac{1}{1 + \cos x} \]

La limite peut s'écrire sous la forme :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{1 - \cos x}{x} = \lim_{x \to 0} \left( \dfrac{\sin x}{x} \right) \cdot \lim_{x \to 0} \left( \dfrac{\sin x}{1 + \cos x} \right) = (1) \left(\dfrac{0}{2}\right) = 0 \]

Nous avons utilisé le théorème : \( \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin x}{x} = 1 \).

Exemple 2

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin 4x}{4x} \]
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Soit \( t = 4x \). Lorsque \( x \) tend vers 0, \( t \) tend vers 0, de sorte que :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin 4x}{4x} = \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t} \]

Nous utilisons maintenant le théorème \( \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t} = 1 \) pour trouver la limite :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin 4x}{4x} = \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t} = 1 \]

Exemple 3

Trouvez la limite :

\[ \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin 6x}{5x} \]
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Soit \( t = 6x \), ou \( x = t / 6 \). Lorsque \( x \) tend vers 0, \( t \) tend vers 0, de sorte que :

\[ \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin 6x}{5x} = \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{5t/6} \] \[ = \lim_{t \to 0} \left(\dfrac{6}{5}\right) \dfrac{\sin t}{t} \] \[ = \left(\dfrac{6}{5}\right) \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t} \] \[ = \left(\dfrac{6}{5}\right) \cdot 1 = \dfrac{6}{5} \]

Exemple 4

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to -3} \dfrac{\sin (x + 3)}{x^2 + 7x + 12} \]
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Si nous appliquons le théorème de la limite du quotient de deux fonctions, nous obtiendrons la forme indéterminée \( \dfrac{0}{0} \). Nous devons trouver une autre méthode. Pour \( x = -3 \), le dénominateur est égal à zéro et peut donc être factorisé, d'où :

\[ \lim_{x \to -3} \dfrac{\sin (x + 3)}{x^2 + 7x + 12} = \lim_{x \to -3} \dfrac{\sin (x + 3)}{(x + 3)(x + 4)} \]

Soit \( t = x + 3 \), ou \( x = t - 3 \). Lorsque \( x \) tend vers \( -3 \), \( t \) tend vers 0 :

\[ = \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t(t + 1)} \]

Nous appliquons maintenant le théorème de la limite du produit de deux fonctions :

\[ = \lim_{t \to 0} \dfrac{\sin t}{t} \cdot \lim_{t \to 0} \dfrac{1}{t + 1} \] \[ = 1 \cdot 1 = 1 \]

Exemple 5

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin|x|}{x} \]
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Nous allons trouver la limite lorsque \( x \) tend vers 0 par la gauche et lorsque \( x \) tend vers 0 par la droite. Pour \( x < 0 \), \( |x| = -x \) :

\[ \lim_{x \to 0^-} \dfrac{\sin|x|}{x} = \lim_{x \to 0^-} \dfrac{\sin(-x)}{x} = -\lim_{x \to 0^-} \dfrac{\sin x}{x} = -1 \]

Pour \( x > 0 \), \( |x| = x \) :

\[ \lim_{x \to 0^+} \dfrac{\sin|x|}{x} = \lim_{x \to 0^+} \dfrac{\sin x}{x} = 1 \]

Les limites à gauche et à droite ont des valeurs différentes, par conséquent la limite ci-dessus n'existe pas :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin|x|}{x} \quad \text{N'EXISTE PAS} \]

Exemple 6

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{x}{\tan x} \]
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Nous utilisons d'abord l'identité trigonométrique \( \tan x = \dfrac{\sin x}{\cos x} \) :

\[ \lim_{x \to 0} \dfrac{x}{\tan x} = \lim_{x \to 0} \dfrac{x}{\dfrac{\sin x}{\cos x}} = \lim_{x \to 0} \dfrac{x \cos x}{\sin x} = \lim_{x \to 0} \dfrac{\cos x}{\dfrac{\sin x}{x}} \]

Nous utilisons maintenant le théorème de la limite du quotient :

\[ = \dfrac{\lim_{x \to 0} \cos x}{\lim_{x \to 0} \left(\dfrac{\sin x}{x}\right)} = \dfrac{1}{1} = 1 \]

Exemple 7

Trouvez la limite :

\[ \lim_{x \to 0} x \csc x \]
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Nous utilisons d'abord l'identité trigonométrique \( \csc x = \dfrac{1}{\sin x} \) :

\[ \lim_{x \to 0} x \csc x = \lim_{x \to 0} \dfrac{x}{\sin x} = \lim_{x \to 0} \dfrac{1}{\dfrac{\sin x}{x}} \]

La limite du quotient est utilisée :

\[ = \dfrac{1}{1} = 1 \]

Exercices

Calculez les limites suivantes. Cliquez sur chaque exercice pour vérifier vos réponses.

Exercice 1

\( \displaystyle \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin 3x}{\sin 8x} \)

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\[ \dfrac{3}{8} \]

Exercice 2

\( \displaystyle \lim_{x \to 0} \dfrac{\tan 3x}{x} \)

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\[ 3 \]

Exercice 3

\( \displaystyle \lim_{x \to 0} \sqrt{x} \, \csc (4 \sqrt{x}) \)

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\[ \dfrac{1}{4} \]

Exercice 4

\( \displaystyle \lim_{x \to 0} \dfrac{\sin^3 3x}{x \sin(x^2)} \)

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\[ 27 \]

Plus de références et de liens