Quand a-t-on le droit d'appliquer la règle de L'Hôpital ?
Seulement si la substitution donne la forme zéro sur zéro ou infini sur infini, si les deux fonctions sont dérivables au voisinage du point, si la dérivée du dénominateur ne s'annule pas, et si le quotient des dérivées a bien une limite. Ces quatre conditions ne sont pas décoratives : appliquée à une limite qui n'était pas indéterminée, la règle donne un résultat sans aucun rapport, et quand le quotient des dérivées n'a pas de limite, elle ne dit rien du tout, ce qui ne signifie surtout pas que la limite de départ n'existe pas.
Pourquoi ne peut-on pas démontrer la limite du sinus sur x par L'Hôpital ?
Parce que ce serait circulaire. La dérivée du sinus a été établie à partir de cette limite précise, démontrée par un encadrement géométrique au chapitre des limites. Utiliser la dérivée pour redémontrer la limite revient à supposer ce qu'on veut prouver. Le résultat reste exact, c'est la démonstration qui est invalide, et un correcteur retire les points sur une question de démonstration tout en les accordant sur un simple calcul. Le même avertissement vaut pour la limite de l'exponentielle moins un sur x et pour celle du logarithme de un plus x sur x.
Comment traite-t-on une forme comme zéro puissance zéro ou un puissance infini ?
Toujours par le logarithme, en trois temps. On pose y égal à l'expression, on écrit le logarithme de y comme le produit de l'exposant par le logarithme de la base, ce qui donne une forme zéro fois l'infini déjà connue, et on la ramène à un quotient. On calcule la limite de ce logarithme, puis, et c'est l'étape qu'on oublie une fois sur trois, on repasse à l'exponentielle. Si la limite du logarithme vaut trois, celle de l'expression vaut e puissance trois, soit environ vingt, et non trois.
Que faire quand la règle tourne en rond ?
Changer d'outil, car insister ne donnera rien. Trois cas se présentent. Si le quotient dérivé redonne le quotient de départ, comme pour une racine carrée divisée par un polynôme, on factorise le terme dominant en haut et en bas. Si le quotient dérivé oscille sans converger, on simplifie l'expression ou on encadre les termes bornés. Et si chaque dérivation rend l'expression plus lourde, on pose u égal à un sur x, ce qui transforme une limite en zéro en une limite en l'infini ou l'inverse. Le signal d'alarme est simple : après deux tours, l'expression doit être plus simple qu'au départ.
À quoi sert ce chapitre dans la suite du cours ?
À quatre choses, toutes utilisées dès le chapitre du tracé de courbes. D'abord à comparer les croissances, ce qui dit si une courbe redescend vers l'axe ou file vers l'infini. Ensuite à trouver les asymptotes obliques, dont les deux limites sont presque toujours indéterminées. Puis à prolonger une fonction par continuité et à décider si le prolongement est dérivable, ce qui demande une seconde limite. Enfin à chiffrer la précision d'une approximation affine, en lisant dans une limite le premier terme négligé et son signe.