Montrer, par la caractérisation séquentielle, que x ↦ cos 1/x n'a pas…
Application directe du cours · niveau 2 · mathématiques MPSI, chapitre 6 — Limites, continuité, dérivabilité, convexité · A. Limites de fonctions
Énoncé
Montrer, par la caractérisation séquentielle, que n'a pas de limite en , mais que en a une.
Corrigé
Stratégie : la caractérisation séquentielle, employée dans les deux sens. Pour prouver qu'une limite n'existe pas, on l'emploie par contraposée : on exhibe deux suites tendant vers dont les images n'ont pas la même limite. Pour prouver qu'une limite existe, la caractérisation ne sert à rien : on encadre.
1) n'a pas de limite en .
Rappelons l'énoncé : admet la limite en si et seulement si pour toute suite de réels non nuls tendant vers , on a . Il suffit donc de deux suites qui se contredisent.
Posons, pour , Ce sont des réels non nuls qui tendent tous deux vers . Et Si avait une limite en , on aurait à la fois et : impossible par unicité de la limite. Donc n'a pas de limite en .
⚠️ Le point délicat : une seule suite ne prouve rien. Exhiber avec ne dit pas que la limite vaut ; cela dit seulement que si une limite existe, elle vaut . Il en faut impérativement deux, avec des limites d'images distinctes. Autre précaution : les suites doivent être à valeurs non nulles, puisque la fonction n'est pas définie en — d'où le choix de plutôt que de quoi que ce soit d'autre.
2) admet une limite en .
Ici la caractérisation séquentielle serait un très mauvais outil : il faudrait traiter toutes les suites. On encadre. Pour tout , , donc d'où, par encadrement, C'est le mécanisme « bornée nulle nulle » : le facteur continue d'osciller sans fin, mais il est écrasé par le facteur .
Contrôle. Sur et pour : donne exactement, et donne exactement — deux valeurs opposées pour deux abscisses distantes de ✓. La fonction oscille infiniment vite au voisinage de . Pour la seconde : , et un balayage de points entre et confirme sans exception ✓.
Ce que l'exercice installe. Deux réflexes opposés et complémentaires :
- prouver qu'une limite n'existe pas deux suites bien choisies (c'est la seule méthode élémentaire) ;
- prouver qu'une limite existe une majoration de par une quantité tendant vers .
Et un objet à connaître : , l'exemple canonique de la fonction bornée sans limite, dont la multiplication par puis par engendre les contre-exemples les plus utiles du chapitre — notamment , dérivable partout mais de dérivée discontinue, au n° 5.
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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.