Cours – Fonctions réelles d’une variable réelle : limites, continuité

Chapitre 04

Auteur·rice

Saîd MAHARI

Date de publication

19 septembre 2026

ECT (1re année) — Chapitre 04. Limites, continuité, opérations algébriques, composition.

Ce chapitre a été réalisé conformément au programme marocain de mathématiques de la filière ECT.

1 Limites de fonctions

1.1 Définition

Définition 1.1 — (Limite d’une fonction en un point)

Soit f : I \to \mathbb{R} une fonction définie sur un intervalle I et a \in I (ou a adhérent à I). On dit que f admet pour limite \ell \in \mathbb{R} en a, et on note \lim_{x \to a} f(x) = \ell, si : \forall \varepsilon > 0,\quad \exists \delta > 0,\quad \forall x \in I,\quad |x - a| < \delta \implies |f(x) - \ell| < \varepsilon

Définition 1.2 — (Limites à gauche et à droite)

  • La limite à gauche de f en a est \lim_{x \to a^-} f(x) = \lim_{\substack{x \to a \\ x < a}} f(x).
  • La limite à droite de f en a est \lim_{x \to a^+} f(x) = \lim_{\substack{x \to a \\ x > a}} f(x).

f admet une limite en a si et seulement si les limites à gauche et à droite existent et sont égales.

Définition 1.3 — (Limites en l’infini)

  • \lim_{x \to +\infty} f(x) = \ell signifie : \forall \varepsilon > 0,\; \exists A > 0,\; \forall x > A,\; |f(x) - \ell| < \varepsilon.
  • \lim_{x \to +\infty} f(x) = +\infty signifie : \forall M > 0,\; \exists A > 0,\; \forall x > A,\; f(x) > M.

Exemple 1.1

  1. \lim_{x \to 0} \frac{\sin x}{x} = 1
  2. \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = 0
  3. \lim_{x \to +\infty} e^x = +\infty
  4. \lim_{x \to -\infty} e^x = 0

1.2 Opérations sur les limites

Proposition 1.1 — (Opérations algébriques)

Soient f et g deux fonctions admettant des limites finies en a (ou en +\infty). Alors :

  1. \lim (f + g) = \lim f + \lim g
  2. \lim (\lambda f) = \lambda \lim f pour tout \lambda \in \mathbb{R}
  3. \lim (fg) = (\lim f)(\lim g)
  4. \lim \dfrac{f}{g} = \dfrac{\lim f}{\lim g} si \lim g \neq 0

Proposition 1.2 — (Limites et inégalités)

Si f(x) \leq g(x) au voisinage de a et si \lim f et \lim g existent, alors \lim f \leq \lim g.

Si f(x) < g(x) au voisinage de a, on ne peut conclure que \lim f < \lim g. On a seulement \lim f \leq \lim g.

1.3 Théorème des gendarmes

Théorème 1.1 — (Théorème des gendarmes)

Si f(x) \leq g(x) \leq h(x) au voisinage de a et si \lim_{x \to a} f(x) = \lim_{x \to a} h(x) = \ell, alors \lim_{x \to a} g(x) = \ell.

Exemple 1.2

Montrer que \lim_{x \to +\infty} \frac{\sin x}{x} = 0.

Pour tout x > 0 : -\frac{1}{x} \leq \frac{\sin x}{x} \leq \frac{1}{x}. Comme \lim_{x \to +\infty} \frac{1}{x} = 0, par le théorème des gendarmes, \lim_{x \to +\infty} \frac{\sin x}{x} = 0.

1.4 Composition

Proposition 1.3 — (Limite d’une composée)

Si \lim_{x \to a} f(x) = b et \lim_{y \to b} g(y) = \ell, alors \lim_{x \to a} g(f(x)) = \ell.

2 Continuité

2.1 Définition

Définition 2.1 — (Continuité en un point)

f : I \to \mathbb{R} est continue en a \in I si : \lim_{x \to a} f(x) = f(a)

Autrement dit : \forall \varepsilon > 0,\; \exists \delta > 0,\; \forall x \in I,\; |x - a| < \delta \implies |f(x) - f(a)| < \varepsilon.

Définition 2.2 — (Continuité sur un intervalle)

f est continue sur I si elle est continue en tout point de I.

Exemple 2.1 — (Fonctions usuelles continues)

Les fonctions suivantes sont continues sur leur domaine de définition :

  • Les polynômes sur \mathbb{R}.
  • \sin, \cos sur \mathbb{R}.
  • \exp sur \mathbb{R}.
  • \ln sur ]0, +\infty[.
  • x \mapsto x^\alpha sur ]0, +\infty[.

2.2 Opérations sur les fonctions continues

Proposition 2.1 — (Opérations)

Soient f et g deux fonctions continues en a. Alors :

  1. f + g et \lambda f sont continues en a.
  2. fg est continue en a.
  3. \dfrac{f}{g} est continue en a si g(a) \neq 0.
  4. g \circ f est continue en a si g est continue en f(a).

Proposition 2.2 — (Continuité et suites)

f est continue en a si et seulement si pour toute suite (u_n) convergeant vers a, la suite (f(u_n)) converge vers f(a).

3 Exercices

Exercice 3.1

Calculer les limites suivantes :

  1. \lim_{x \to 0} \frac{e^x - 1}{x}
  2. \lim_{x \to 0} \frac{\ln(1+x)}{x}
  3. \lim_{x \to +\infty} \frac{\ln x}{x}
  4. \lim_{x \to +\infty} \frac{e^x}{x^2}

Exercice 3.2

Étudier la continuité de la fonction : f(x) = \begin{cases} x^2 & \text{si } x \leq 1 \\ 2x - 1 & \text{si } x > 1 \end{cases}

Exercice 3.3

Montrer que la fonction f(x) = \frac{x}{1+|x|} est continue sur \mathbb{R}.

Exercice 3.4

Soit f : \mathbb{R} \to \mathbb{R} continue avec f(0) = 0 et f(1) = 1. Montrer qu’il existe c \in ]0,1[ tel que f(c) = c.

Exercice 3.5

Soit f : [0,1] \to [0,1] continue. Montrer que f admet un point fixe.

Exercice 3.6

Montrer que l’équation x^3 + x - 1 = 0 admet une unique solution réelle.

Exercice 3.7

Soit f : \mathbb{R} \to \mathbb{R} continue et 2-périodique. Montrer que f est bornée sur \mathbb{R}.

Exercice 3.8

Montrer que si f : [a,b] \to \mathbb{R} est continue, alors f est bornée et atteint ses bornes.

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📝 Chapitre 04 : Fonctions réelles d’une variable réelle : limites, continuité

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