Exercice 11-08
Étudier la limite ci-dessous, en fonction
des paramètres \(a\) et \(b\):
\[\lim_{x\to 0}\frac{e^x-1-x-ax^2}{e^x-1-x-bx^2}\]
Posons
\[\begin{aligned}
f(x)&=e^x-1-x-ax^2\,,\\
g(x)&=e^x-1-x-bx^2\,.
\end{aligned}\]
Alors
\(\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{g(x)}\) est indéterminée, de la forme
''\(\frac00\)''. Ensuite,
\[f'(x)=e^x-1-2ax\,,\qquad g'(x)=e^x-1-2bx\,,\]
et donc
\(\lim_{x\to 0}\frac{f'(x)}{g'(x)}\) est aussi de la forme
''\(\frac00\)''.
Finalement,
\(f''(x)=e^x-2a\), \(g''(x)=e^x-2b\), et la limite de leur quotient
peut être calculée en fonction des cas:
\[
\lim_{x\to 0}\frac{f''(x)}{g''(x)}
=
\begin{cases}
\frac{1-2a}{1-2b} & \text{ si }b\neq \frac12\,,\\
1&\text{ si }a=b=\frac12\,,\\
\text{n'existe pas}&\text{ si }a\neq \frac12\text{ et }b=\frac12\,.
\end{cases}
\]
Par la règle de BH (utilisée deux fois), on conclut que
\[\begin{aligned}
\lim_{x\to 0}\frac{f(x)}{g(x)}
&=
\lim_{x\to 0}\frac{f'(x)}{g'(x)}\\
&=
\lim_{x\to 0}\frac{f''(x)}{g''(x)}\\
&=
\begin{cases}
\frac{1-2a}{1-2b} & \text{ si }b\neq \frac12\,,\\
1&\text{ si }a=b=\frac12\,,\\
\text{n'existe pas}&\text{ si }a\neq \frac12\text{ et }b=\frac12\,.
\end{cases}
\end{aligned}\]