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Continuité des fonctions – Exercices corrigés

Continuité des fonctions – Exercices corrigés
Exercice 1 ⭐⭐⭐

Étudier la continuité de \(f\) en \(x_0=5\), avec :

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{x^2-2x-15}{x^2-25}, &x\in\mathbb{R}\setminus\{-5,5\}\\[8pt] 8,&x=5 \end{cases} \]
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Solution :

\[ x^2-2x-15=(x-5)(x+3) \]
\[ x^2-25=(x-5)(x+5) \]

Pour \(x\neq5\) :

\[ f(x)=\frac{x+3}{x+5} \]

Donc :

\[ \lim_{x\to5}f(x) = \frac{8}{10} = \frac45 \]

Or :

\[ f(5)=8 \]
\[ \boxed{\frac45\neq8} \]

Donc \(f\) n'est pas continue en \(5\).

\[
x^2-2x-15=(x-5)(x+3)
\]

\[
x^2-25=(x-5)(x+5)
\]

\[
f(x)=\frac{x+3}{x+5}
\]

\[
\lim_{x\to5}f(x)=\frac45
\]

\[
f(5)=8
\]

\[
\boxed{\text{f n'est pas continue en }5}
\]
Exercice 2 ⭐⭐⭐

Étudier la continuité de \(f\) en \(x_0=3\), avec :

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{\sqrt{x}-\sqrt3}{x-3}, &x\in[0,+\infty[\setminus\{3\}\\[8pt] \dfrac{1}{2\sqrt3},&x=3 \end{cases} \]
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Solution :

On rationalise :

\[ \frac{\sqrt{x}-\sqrt3}{x-3} = \frac{1}{\sqrt{x}+\sqrt3} \]

Donc :

\[ \lim_{x\to3}f(x) = \frac{1}{2\sqrt3} \]

Or :

\[ f(3)=\frac{1}{2\sqrt3} \]
\[ \boxed{\lim_{x\to3}f(x)=f(3)} \]

Donc \(f\) est continue en \(3\).

\[
\frac{\sqrt{x}-\sqrt3}{x-3}
=
\frac{1}{\sqrt{x}+\sqrt3}
\]

\[
\lim_{x\to3}f(x)
=
\frac{1}{2\sqrt3}
\]

\[
f(3)=\frac{1}{2\sqrt3}
\]

\[
\boxed{\text{f est continue en }3}
\]
Exercice 3 ⭐⭐⭐

Étudier la continuité de \(f\) en \(x_0=2\), avec :

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{x^2-4}{\sqrt2-\sqrt{x}}, &x\in]0,2[\cup]2,+\infty[\\[8pt] 8\sqrt2,&x=2 \end{cases} \]
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Solution :

\[ x^2-4=(x-2)(x+2) \]
\[ \sqrt2-\sqrt{x} = -\frac{x-2}{\sqrt{x}+\sqrt2} \]

Donc :

\[ f(x)=-(x+2)(\sqrt{x}+\sqrt2) \]

Ainsi :

\[ \lim_{x\to2}f(x) = -4(2\sqrt2) = -8\sqrt2 \]

Or :

\[ f(2)=8\sqrt2 \]
\[ \boxed{-8\sqrt2\neq8\sqrt2} \]

Donc \(f\) n'est pas continue en \(2\).

\[
x^2-4=(x-2)(x+2)
\]

\[
\sqrt2-\sqrt{x}
=
-\frac{x-2}{\sqrt{x}+\sqrt2}
\]

\[
f(x)=-(x+2)(\sqrt{x}+\sqrt2)
\]

\[
\lim_{x\to2}f(x)=-8\sqrt2
\]

\[
f(2)=8\sqrt2
\]

\[
\boxed{\text{f n'est pas continue en }2}
\]
Exercice 4 ⭐⭐⭐

Étudier la continuité de la fonction \(f\) en point \(x_0=3\) :

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{x^3-x^2-x-15}{x-3},&x\neq3\\[8pt] 20,&x=3 \end{cases} \]
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Solution :

On cherche à factoriser le numérateur par \(x-3\).

Cependant, pour le polynôme fourni dans l'énoncé :

\[ P(x)=x^3-x^2-x-15 \]

on obtient :

\[ P(3)=27-9-3-15=0. \]

Donc \(x-3\) est bien un facteur.

\[ x^3-x^2-x-15 = (x-3)(x^2+2x+5) \]

Pour \(x\neq3\) :

\[ f(x)=x^2+2x+5 \]

Alors :

\[ \lim_{x\to3}f(x) = 9+6+5 = 20 \]

Et :

\[ f(3)=20 \]
\[ \boxed{\lim_{x\to3}f(x)=f(3)} \]

Donc \(f\) est continue en \(3\).

\[
x^3-x^2-x-15
=
(x-3)(x^2+2x+5)
\]

\[
f(x)=x^2+2x+5
\]

\[
\lim_{x\to3}f(x)=20
\]

\[
f(3)=20
\]

\[
\boxed{\text{f est continue en }3}
\]
Exercice 5 ⭐⭐⭐

Étudier la continuité de la fonction \(h\) en point \(x_0=1\) :

\[ h(x)= \begin{cases} \dfrac{x^3+x-2}{x-1},&x\neq1\\[8pt] 4,&x=1 \end{cases} \]
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Solution :

\[ x^3+x-2=(x-1)(x^2+x+2) \]

Donc pour \(x\neq1\) :

\[ h(x)=x^2+x+2 \]

Ainsi :

\[ \lim_{x\to1}h(x) = 1+1+2 = 4 \]

Or :

\[ h(1)=4 \]
\[ \boxed{\lim_{x\to1}h(x)=h(1)} \]

Donc \(h\) est continue en \(1\).

\[
x^3+x-2=(x-1)(x^2+x+2)
\]

\[
h(x)=x^2+x+2
\]

\[
\lim_{x\to1}h(x)=4
\]

\[
h(1)=4
\]

\[
\boxed{\text{h est continue en }1}
\]
Exercice 6 ⭐⭐⭐⭐

Soit la fonction \(f\) définie par :

\[ f(x)= \begin{cases} \dfrac{x^3-3x-2}{x-2},&x\neq2\\[8pt] 9,&x=2 \end{cases} \]

1. Donner le domaine de définition de la fonction \(f\).

2. Montrer que \(f\) est continue en \(2\).

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Solution :

1. Domaine de définition :

La fonction est définie en \(2\) par \(f(2)=9\), et pour \(x\neq2\) le quotient est défini.

\[ \boxed{D_f=\mathbb{R}} \]

2. Continuité en \(2\) :

On factorise :

\[ x^3-3x-2=(x-2)(x+1)^2 \]

Donc pour \(x\neq2\) :

\[ f(x)=(x+1)^2 \]

Ainsi :

\[ \lim_{x\to2}f(x) = (2+1)^2 = 9 \]

Or :

\[ f(2)=9 \]
\[ \boxed{\lim_{x\to2}f(x)=f(2)} \]

Donc \(f\) est continue en \(2\).

\[
f(x)=
\begin{cases}
\dfrac{x^3-3x-2}{x-2},&x\neq2\\
9,&x=2
\end{cases}
\]

\[
D_f=\mathbb{R}
\]

\[
x^3-3x-2=(x-2)(x+1)^2
\]

\[
f(x)=(x+1)^2
\]

\[
\lim_{x\to2}f(x)=9
\]

\[
f(2)=9
\]

\[
\boxed{\text{f est continue en }2}
\]