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Equivalents et developpements limites

Négligeabilité, équivalents et développements limités : les outils puissants du calcul de limites.

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Introduction

Les développements limités (DL) sont un outil extrêmement puissant pour le calcul de limites, l'étude locale de fonctions et les approximations. C'est un chapitre récurrent et valorisé aux concours.


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Définitions essentielles

Définition : Négligeabilité — f = o(g) au voisinage de a si lim(x→a) f(x)/g(x) = 0. On dit « f est négligeable devant g ».

Définition : Équivalent — f ∼ g au voisinage de a si lim(x→a) f(x)/g(x) = 1. On dit « f est équivalent à g ».

Définition : DL d'ordre n en 0 — f(x) = a₀ + a₁x + a₂x² + … + aₙxⁿ + o(xⁿ).


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Théorèmes et propriétés fondamentaux

Formule de Taylor-Young

Si f est de classe Cⁿ au voisinage de 0, alors f(x) = Σₖ₌₀ⁿ f⁽ᵏ⁾(0)/k! · xᵏ + o(xⁿ).

A retenir

: Le DL est l'approximation polynomiale locale la plus précise à l'ordre n.

Propriétés des équivalents

  • f ∼ g ⟺ f = g + o(g) ⟺ f − g = o(g)
  • On peut multiplier et diviser des équivalents
  • On NE peut PAS sommer des équivalents (piège classique !)

Unicité du DL

Si un DL existe, il est unique. Les coefficients sont aₖ = f⁽ᵏ⁾(0)/k!.


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Formules clés

FonctionDL en 0
eˣ1 + x + x²/2! + x³/3! + … + xⁿ/n! + o(xⁿ)
ln(1+x)x − x²/2 + x³/3 − … + (−1)ⁿ⁺¹xⁿ/n + o(xⁿ)
sin(x)x − x³/3! + x⁵/5! − …
cos(x)1 − x²/2! + x⁴/4! − …
(1+x)ᵅ1 + αx + α(α−1)x²/2! + …
1/(1−x)1 + x + x² + … + xⁿ + o(xⁿ)
1/(1+x)1 − x + x² − x³ + … + (−1)ⁿxⁿ + o(xⁿ)
tan(x)x + x³/3 + 2x⁵/15 + o(x⁶)
arctan(x)x − x³/3 + x⁵/5 − …
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Méthodes types

Méthode : Calcul de limite par DL

  1. 1Identifier la forme indéterminée et le point
  2. 2Écrire les DL des fonctions à l'ordre suffisant
  3. 3Effectuer les opérations (somme, produit, composition, quotient)
  4. 4Simplifier et identifier la limite

Méthode : Trouver un équivalent

  1. 1Écrire le DL de f au voisinage du point considéré
  2. 2Identifier le premier terme non nul : c'est l'équivalent
  3. 3Utiliser cet équivalent pour le calcul de limite

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Pièges classiques

  • On ne peut PAS additionner des équivalents (ex : eˣ − 1 ≁ eˣ en 0, alors que eˣ ∼ 1 et 1 ∼ 1)
  • Ne pas confondre DL en 0 et DL en un point a (translater : poser h = x − a)
  • Bien déterminer l'ordre du DL nécessaire avant de calculer
  • Ne pas oublier le reste o(xⁿ) dans l'écriture du DL

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Pour aller plus loin

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