eléments d_analyse - limites

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  • 8/20/2019 Eléments D_analyse - Limites

    1/3

    [http://mp.cpgedupuydelome.fr] dD édité le 14 juin 2011 Enoncés 1

    Limites

    Exercice 1   [ 00227 ]  [correction]Soit f  : R+ → R  continue.On suppose que   lim

    x→+∞f (x) =     et on désire établir

    limx→+∞

    1x

       x0

    f (t)dt =  

    a) Pour ε > 0, justifier qu’il existe  A ∈ R+ tel que pour tout x A  : 1x   x

    A

    (f (t)− )dt ε

    b) Conclure en écrivant

    1

    x

       x

    0

    f (t)dt −  =   1x

       A

    0

    (f (t) − ) dt + 1x

       x

    A

    (f (t) − ) dt

    Exercice 2   [ 00228 ]  [correction]Soit f  : [0, +∞[ → R une fonction continue telle que

    f (x + 1) − f (x) −−−−−→x→+∞

    Montrer quef (x)

    x  −−−−−→

    x→+∞

    en commençant par étudier le cas    = 0 .

    Exercice 3   [ 00230 ]  [correction]Soit f  : [0, +∞[ → Rde classe C1 telle que

    limt→+∞

    f (t) + f (t) =   ∈R

    Montrer que

    f (t) −−−−→t→+∞

    Exercice 4  Mines-Ponts MP   [ 02812 ]  [correction]Soit f  : ]0, +∞[ → R telle que

    limx→0

    f (x) = 0 et   limx→0

    f (x) − f (x/2)√ x

      = 1

    Trouver un équivalent simple en 0 de f .

    Exercice 5   [ 03223 ]  [correction]Montrer que lorsque  x → +∞

       x

    0

    et2

    dt ∼ ex2

    2x

  • 8/20/2019 Eléments D_analyse - Limites

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    [http://mp.cpgedupuydelome.fr] dD édité le 14 juin 2011 Corrections 2

    Corrections

    Exercice 1 :  [énoncé]a) Soit ε > 0, puisque  f (x) −−−−−→

    x→+∞, il existe  A ∈R+ tel que

    ∀x A, |f (x) − | ε.Pour  x A et pour tout  t

     ∈ [A, x],

     |f (t)

    | ε donc

    1x xA (f (t) − ) dt   1x  xA |f (t)− | dt   x−Ax   ε ε.

    b)   1x

     x

    0  f (t) dt −  =   1

    x

     x

    0  (f (t)− ) dt =   1

    x

     A

    0  (f (t) − ) dt +  1

    x

     x

    A (f (t) − ) dt

    Quand x → +∞,   1x

     A

    0  (f (t) − ) dt =   C te

    x  → 0  donc il existe A ∈ R+ tel que

    x A ⇒ 1x

     A

    0  (f (t) − ) dt

    ε  et alors pour A = max(A, A), on ax A ⇒

    1x

     x

    0   (f (t) − ) dt 2ε.

    Exercice 2 :  [énoncé]Dans le cas   = 0

    ∀ε >  0,

    ∃A

     ∈R+,

    ∀x A,

    |f (x + 1)

    −f (x)

    |

    ε

    2Or

    f (x)

    x  =

      1

    x

    E (x−A)−1k=0

    [f (x− k) − f (x− k − 1)] + 1x

    f (x −E (x −A))

    donc   f (x)x E (x− A)A ε2 + |f (x −E (x −A))|x

    Puisque f  est continue sur le segment  [A, A + 1], elle y est bornée par un certainM .Or x −E (x −A) ∈ [A, A + 1] doncf (x)x

    ε2 +  M xet pour x  assez grand f (x)x

    εDans le cas général, il suffit d’introduire la fonction  g  :  x → f (x) − x pourconclure.

    Exercice 3 :  [énoncé]Commençons par le cas    = 0.On remarque que  (f (t)et) = (f (t) + f (t))et donc

    f (x)ex = f (0) +

       x

    0

    (f (t) + f (t))et dt

    puis

    f (x) =  f (0)e−x +

       x

    0

    (f (t) + f (t))et−x dt

    Il reste à montrer    x

    0

    (f (t) + f (t))et−x dt −−−−−→x→+∞

    0

    Pour  ε > 0, il existe  A ∈R+, pour  t A,

    |f (t) + f (t)| ε

    On a alors

         xA (f (t) + f 

    (t))et−x

    dt ε

    et      A

    0

    (f (t) + f (t))et−x dt

    eA−x   A

    0

    |f (t) + f (t)|  dt −−−−−→x→+∞

    0

    Ainsi pour x  assez grand,    x

    0

    (f (t) + f (t))et−x dt

    2εFinalement f (x) −−−−−→

    x→+∞0.

    Cas général : il suffit de considérer  g  :  x →

     f (x)−

    .

    Exercice 4 :  [énoncé]Pour tout  ε > 0, il existe  α > 0  tel que

    ∀x ∈ ]0, α] , (1 − ε)√ x f (x) − f (x/2) (1 + ε)√ x

    Pour  x ∈ ]0, α],  x/2n ∈ ]0, α] pour tout  n ∈N donc

    (1− ε) 

    x/2n f (x/2n)− f (x/2n+1) (1 + ε) 

    x/2n+1

  • 8/20/2019 Eléments D_analyse - Limites

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    [http://mp.cpgedupuydelome.fr] dD édité le 14 juin 2011 Corrections 3

    En sommant ces inégalités et en passant à la limite quand  n → +∞  on obtient :

    (1 − ε)√ x   11− 1/√ 2 f (x) (1 + ε)

    √ x

      1

    1− 1/√ 2La phrase quantifiée ainsi obtenue permet d’affirmer

    f (x) ∼ √ x1 − 1/√ 2

    Exercice 5 :  [énoncé]On découpe l’intégrale en deux

       x0

    et2

    dt =

       10

    et2

    dt +

       x1

    et2

    dt

    et on procède à une intégration par parties

       x1

    et2

    dt =   x1

    2t

    2t et2

    dt =et2

    2tx1

    + 1

    2   x1

    et2

    t2   dt

    Ainsi    x

    0

    ex2

    = ex

    2

    2x  +

     1

    2

       x

    1

    et2

    t2  dt + C te

    Quand x → +∞, sachant que la constante est négligeable devant  ex2/2x → +∞, ilsuffit pour conclure de montrer

       x

    1

    et2

    t2  dt = o

       x

    1

    et2

    dt

    Soit ε > 0. Il existe  A 1  tel que

    ∀t A,   1t2  ε

    et alors

    0

       x

    1

    et2

    t2  dt

       A

    1

    et2

    t2  dt + ε

       x

    A

    et2

    dt

    puis

    0

       x

    1

    et2

    t2  dt

       A

    1

    et2

    t2  dt + ε

       x

    1

    et2

    dt

    Or      x

    1

    et2

    dt

       x

    1

    1 dt x− 1 → +∞

    donc pour  x  assez grand    A

    1

    et2

    t2  dt ε

       x

    1

    et2

    dt

    puis

    0

       x

    1

    et2

    t2  dt 2ε

       x

    1

    et2

    dt

    et on peut conclure.