Calculer une limite avec forme indéterminée complexe
Énoncé
Déterminer la limite suivante :
[formule]
Indice : C'est une forme indéterminée + - +. Factorise par e^x pour faire apparaître un terme qui tend vers 1 et un autre qui tend vers 0.
Correction
- Étape 1 : Une forme - , et le geste qui la lève est toujours le même.
Forme - :
Factoriser par le terme dominant — celui qui l'emporte.
La différence devient un produit, et un produit n'est plus indéterminé dès que chaque facteur a une limite.
👉 Ici le dominant est e^x, d'après la croissance comparée : l'exponentielle l'emporte sur x^2. C'est ce qui décide de la réponse avant tout calcul — la limite sera +.
⚠️ Et il faut écrire que la forme est indéterminée : sans cela, on donnerait l'impression de conclure au jugé.
- Étape 2 : On nomme la forme :
_{x +} e^x = + et _{x +} x^2 = +
[formule]
On factorise par e^x :
[formule]
⚠️ Vérification de la factorisation en développant : e^x 1 - e^x x^2{e^x} = e^x - x^2 ✓
e^x - x^2 = e^x(1 - x^2{e^x})
- Étape 3 : Chaque facteur a maintenant une limite :
x^2{e^x} 0 par croissance comparée, donc 1 - x^2{e^x} 1
e^x +
Le produit tend donc vers + 1 :
[formule]
👉 L'indétermination a disparu : elle venait de la soustraction, et la factorisation l'a transformée en produit.
_{x +}(e^x - x^2) = +
- Étape 4 : ℹ️ Le résultat mérite un regard, car il n'est pas intuitif. Sur les petites valeurs, x^2 domine :
| x | 1 | 2 | 3 | 5 | 10 |
|:---|---:|---:|---:|---:|---:|
| e^x | 2{,}7 | 7{,}4 | 20 | 148 | 22\,026 |
| x^2 | 1 | 4 | 9 | 25 | 100 |
| e^x - x^2 | 1{,}7 | 3{,}4 | 11 | 123 | 21\,926 |
L'exponentielle passe devant dès x = 1 ici, et l'écart explose ensuite.
👉 Mais contre x^{10}, l'exponentielle ne passe devant que vers x 36 — et elle finit toujours par gagner. Le degré du polynôme ne change que le MOMENT, jamais l'issue.
le degré change le moment, pas l\'issue
- Étape 5 : L'erreur classique :
Conclure « + - = 0 » ou « c'est indéterminé, donc on ne peut rien dire ».
Une forme indéterminée n'est pas une impasse : c'est un signal qu'il faut transformer l'expression. Ici la factorisation lève l'indétermination en deux lignes.
👉 Le réflexe : nommer la forme, puis factoriser par le dominant. C'est le même geste pour toutes les formes - , quelle que soit la nature des termes.
À retenir :
- factoriser par le terme dominant, ce qui transforme la différence en produit.
👉 Et vérifier la factorisation en développant : dix secondes, et l'on est sûr de n'avoir rien perdu.