Étude locale, tangentes et asymptotes : contrôle de maths en MPSI
Voici un contrôle de maths en MPSI sur le thème « étude locale, tangentes et asymptotes », avec son barème et un corrigé détaillé.
Ce devoir surveillé de deux heures évalue votre aisance dans le calcul des développements limités, outil central du second semestre de MPSI. Vous développerez d’abord une composée et un quotient, en justifiant l’ordre choisi pour chaque facteur. Ensuite, deux formes indéterminées, dont une puissance, se lèvent par un développement bien conduit. Les exercices suivants portent sur la géométrie locale des courbes : tangente, point d’inflexion et asymptotes obliques, chacune accompagnée d’une figure. Enfin, le problème étudie une fonction prolongée par continuité en 0, sa dérivabilité et son comportement en l’infini. Ce contrôle récompense surtout la rigueur : chaque petit o doit être justifié.
Ce qu’évalue le contrôle : étude locale, tangentes et asymptotes
L’essentiel du sujet
- NiveauMPSI
- Durée2 heures
- Calculatriceinterdite
- Barèmesur 20
Chapitre : Calculer un développement limité et étude locale (5 exercices)
Ce que ce devoir vérifie :
- Calculer le développement limité d’une composée ou d’un quotient en choisissant l’ordre utile de chaque facteur
- Lever une forme indéterminée, y compris de type puissance, à l’aide de développements limités
- Écrire la tangente à une courbe et savoir de quel côté de cette droite la courbe se place localement
- Obtenir une asymptote oblique par un développement en l’infini et situer la courbe de part et d’autre
- Prolonger une fonction par continuité puis étudier sa dérivabilité au point de prolongement
Avant de commencer le devoir
Avant chaque calcul, écrivez l’ordre visé et déduisez-en l’ordre de chaque développement intermédiaire : un facteur en x³ mis en évidence, par exemple, oblige à aller deux ordres plus loin. Pour une puissance, passez toujours par l’exponentielle et le logarithme. En l’infini, posez t = 1/x, car vous retrouvez alors les développements usuels en 0. Enfin, confrontez vos résultats aux figures : une position ou une asymptote qui contredit le dessin signale une erreur de signe.
Le sujet du contrôle : étude locale, tangentes et asymptotes
Exercice 1 – Développements limités d’une composée et d’un quotient (4 points)
On considère les fonctions \(u\) et \(v\) définies au voisinage de 0, avec \(x \neq 0\) pour la seconde, par
\[u(x) = \sqrt{1 + 2\sin x} \quad \text{et} \quad v(x) = \frac{\tan x – x}{x^2\left(\mathrm{e}^{x} – 1\right)}.\]
- Écrire, au voisinage de 0 et jusqu’au terme en \(x^3\), le développement de \(u\).
- Préciser d’abord à quels ordres il faut développer \(\tan x – x\) et \(\mathrm{e}^{x} – 1\), puis établir que \(v(x) = \frac{1}{3} – \frac{x}{6} + \frac{29}{180}x^2 + o\left(x^2\right)\).
Exercice 2 – Deux formes indéterminées (3 points)
Déterminer les deux limites suivantes, en justifiant chaque développement utilisé.
- \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \frac{1}{x}\left(\frac{1}{\arctan x} – \frac{1}{\sin x}\right)\)
- \(\displaystyle \lim_{x \to 0} \left(\frac{\arcsin x}{x}\right)^{\frac{1}{x\sin x}}\)
Exercice 3 – Tangente et point d’inflexion (4 points)
On note \(f : x \mapsto \frac{\sin x}{1 + x^2}\), définie pour tout réel \(x\). Puisque \(f\) oscille en s’amortissant, la figure se limite à \(\left[-5\,;5\right]\) pour montrer sa représentation graphique \(\mathcal{C}_f\).

- Justifier que \(f\) est impaire, puis déterminer son développement limité à l’ordre 4 en 0.
- En déduire l’équation réduite de la droite \(T\) qui touche \(\mathcal{C}_f\) en l’origine. Préciser ensuite, près de 0, de quel côté de \(T\) se trouve \(\mathcal{C}_f\), puis conclure.
- Grâce à Taylor-Young, déduire du développement les valeurs de \(f^{\prime\prime}(0)\) et de \(f^{\prime\prime\prime}(0)\).
Exercice 4 – Deux asymptotes obliques (4 points)
On étudie la fonction \(g : x \mapsto \sqrt{x^2 + 3x}\;\mathrm{e}^{1/x}\), dont la courbe \(\mathcal{C}_g\) est représentée ci-dessous.

- Déterminer d’abord l’ensemble de définition \(D_g\) de \(g\).
- En posant \(t = \frac{1}{x}\), montrer qu’au voisinage de \(+\infty\), \(g(x) = x + \frac{5}{2} + \frac{7}{8x} + o\left(\frac{1}{x}\right)\).
- En déduire alors une asymptote à \(\mathcal{C}_g\) en \(+\infty\), et dire de quel côté de cette droite se place la courbe.
- Traiter de même le voisinage de \(-\infty\), en prenant garde au signe de \(x\).
Exercice 5 – Problème : une fonction prolongée en 0 (5 points)
Pour tout réel \(x > 0\), on pose \(F(x) = \left(1 + \frac{1}{x}\right)^{x^2}\mathrm{e}^{-x}\).
- Montrer qu’au voisinage de \(+\infty\), \(\ln F(x) = -\frac{1}{2} + \frac{1}{3x} – \frac{1}{4x^2} + o\left(\frac{1}{x^2}\right)\).
- En déduire la limite de \(F\) en \(+\infty\), puis un développement de \(F(x)\) jusqu’au terme en \(\frac{1}{x^2}\). Interpréter enfin ce résultat graphiquement.
- Montrer ensuite que \(F\) se prolonge par continuité en 0 en posant \(F(0) = 1\).
- Démontrer que ce prolongement est dérivable en 0 et que \(F^{\prime}(0) = -1\). Établir ensuite que \(F(x) – (1 – x)\) est équivalent à \(-x^2 \ln x\) quand \(x\) tend vers 0 par valeurs positives, puis dire de quel côté de la droite \(y = 1 – x\) se situe alors la courbe.
Réviser étude locale, tangentes et asymptotes avant le contrôle
Si un exercice vous a bloqué, relisez le cours calculer un développement limité et étude locale ; entraînez-vous sur les exercices calculer un développement limité et étude locale avant de retenter le sujet.
La page contrôles de maths en MPSI regroupe les 25 sujets de l’année, et la page maths post-bac permet de changer d’année.
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