Fonction logarithme népérien

Documents pareils
Chapitre 3. Quelques fonctions usuelles. 1 Fonctions logarithme et exponentielle. 1.1 La fonction logarithme

EXERCICE 4 (7 points ) (Commun à tous les candidats)

Commun à tous les candidats

Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

La fonction exponentielle

I. Ensemble de définition d'une fonction

Complément d information concernant la fiche de concordance

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Mais comment on fait pour...

DUT Techniques de commercialisation Mathématiques et statistiques appliquées

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

O, i, ) ln x. (ln x)2

Continuité en un point

Bac Blanc Terminale ES - Février 2011 Épreuve de Mathématiques (durée 3 heures)

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

1 radian. De même, la longueur d un arc de cercle de rayon R et dont l angle au centre a pour mesure α radians est α R. R AB =R.

Chapitre 1 : Évolution COURS

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable

8.1 Généralités sur les fonctions de plusieurs variables réelles. f : R 2 R (x, y) 1 x 2 y 2

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Fonctions homographiques

BACCALAURÉAT GÉNÉRAL SESSION 2012 OBLIGATOIRE MATHÉMATIQUES. Série S. Durée de l épreuve : 4 heures Coefficient : 7 ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

IV- Equations, inéquations dans R, Systèmes d équations

t 100. = 8 ; le pourcentage de réduction est : 8 % 1 t Le pourcentage d'évolution (appelé aussi taux d'évolution) est le nombre :

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Université Paris-Dauphine DUMI2E 1ère année, Applications

Pour l épreuve d algèbre, les calculatrices sont interdites.

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Limites finies en un point

a et b étant deux nombres relatifs donnés, une fonction affine est une fonction qui a un nombre x associe le nombre ax + b

La maison Ecole d ' Amortissement d un emprunt Classe de terminale ES. Ce qui est demandé. Les étapes du travail

Représentation géométrique d un nombre complexe

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

Probabilités conditionnelles Exercices corrigés

Exercice autour de densité, fonction de répatition, espérance et variance de variables quelconques.

Fonctions de plusieurs variables

Tout ce qu il faut savoir en math

Résolution d équations non linéaires

3 Approximation de solutions d équations

1 Définition et premières propriétés des congruences

Nombre dérivé et tangente

I - PUISSANCE D UN POINT PAR RAPPORT A UN CERCLE CERCLES ORTHOGONAUX POLES ET POLAIRES

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

Continuité et dérivabilité d une fonction

Problème : Calcul d'échéanciers de prêt bancaire (15 pt)

Fonction inverse Fonctions homographiques

Calcul matriciel. Définition 1 Une matrice de format (m,n) est un tableau rectangulaire de mn éléments, rangés en m lignes et n colonnes.

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours.

Items étudiés dans le CHAPITRE N5. 7 et 9 p 129 D14 Déterminer par le calcul l'antécédent d'un nombre par une fonction linéaire

FONCTION EXPONENTIELLE ( ) 2 = 0.

Optimisation non linéaire Irène Charon, Olivier Hudry École nationale supérieure des télécommunications

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

NOMBRES COMPLEXES. Exercice 1 :

BACCALAURÉAT PROFESSIONNEL ÉPREUVE DE MATHEMATIQUES. EXEMPLE DE SUJET n 2

Le théorème de Thalès et sa réciproque

Maple: premiers calculs et premières applications

Relation d ordre. Manipulation des relations d ordre. Lycée Pierre de Fermat 2012/2013 Feuille d exercices

Soit la fonction affine qui, pour représentant le nombre de mois écoulés, renvoie la somme économisée.

Mathématiques I Section Architecture, EPFL

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 12 avril 2007

Capes Première épreuve

f n (x) = x n e x. T k

* très facile ** facile *** difficulté moyenne **** difficile ***** très difficile I : Incontournable T : pour travailler et mémoriser le cours

Résolution de systèmes linéaires par des méthodes directes

Exercice 3 (5 points) A(x) = 1-e -0039' e- 0,039x A '() -'-,..--,-,--,------:-- X = (l_e-0,039x)2

MATHEMATIQUES APPLIQUEES Equations aux dérivées partielles Cours et exercices corrigés

Etude de fonctions: procédure et exemple

Exercices - Nombres complexes : corrigé. Formes algébriques et trigonométriques, module et argument

Fonctions de deux variables. Mai 2011

Correction du baccalauréat S Liban juin 2007

Dérivées d ordres supérieurs. Application à l étude d extrema.

TOUT CE QU IL FAUT SAVOIR POUR LE BREVET

Image d un intervalle par une fonction continue

Les équations différentielles

De même, le périmètre P d un cercle de rayon 1 vaut P = 2π (par définition de π). Mais, on peut démontrer (difficilement!) que

Développements limités. Notion de développement limité

Intégrales doubles et triples - M

Taux d évolution moyen.

Chapitre 7 : Intégration sur un intervalle quelconque

Cours d Analyse I et II

Développements limités

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Formes quadratiques. 1 Formes quadratiques et formes polaires associées. Imen BHOURI. 1.1 Définitions

Quelques contrôle de Première S

Corrigé du baccalauréat S Pondichéry 13 avril 2011

Cours 02 : Problème général de la programmation linéaire

Polynômes à plusieurs variables. Résultant

Géométrie dans l espace Produit scalaire et équations

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

M2 IAD UE MODE Notes de cours (3)

Enoncé et corrigé du brevet des collèges dans les académies d Aix- Marseille, Montpellier, Nice Corse et Toulouse en Énoncé.

Notion de fonction. Résolution graphique. Fonction affine.

Logique. Plan du chapitre

Simulation de variables aléatoires

Transcription:

Fonction logarithme népérien I) La fonction logarithme népérien d un réel strictement positif 1) Définition Pour tout réel x strictement positif le réel ln(x) est l unique nombre solution de l équation : e y = x d inconnue y c est-à-dire : que pour tout réel x > 0, lnx = y équivaut à : x = e y Ainsi la fonction logarithme népérien notée x lnx est définie sur ]0 ;+ [ Remarque : Les fonctions exponentielles et logarithme népérien sont des fonctions réciproques. Dans un repère orthonormé, leurs courbes sont symétriques par rapport à la droite Δ d équation y = x 2) Conséquences e 0 = 1 alors 0 = ln1 Comme e 1 = e alors 1 = lne Pour tout x > 0, e lnx = x e x = k avec k > 0 a pour unique solution : x = ln (k) Exemples : e ln (3) = 3 e ln (5) = 5 ln ( 1 ) = e ln(e 1 ) = 1

Résoudre e x = 5 x = ln (5) donc S = {ln(5)} II) Propriétés de la fonction logarithme népérien 1) Propriétés de la fonction logarithme népérien Pour tout nombre réel a et b strictement positifs : ln(a b) = ln(a) + ln(b) ln( 1 a ) = ln(a) ln( a ) = ln (a) ln(b) b ln(a n ) = n ln (a) ln( a) = 1 ln (a) 2 Pour tous nombres a 1, a 2,.a n : ln(a 1 a 2.. a n ) = ln(a 1 ) + ln(a 2 ) +. +ln (a n ) Démonstration: Nous allons prouver les deux premières formules : Montrons que pour tout nombre a et b positifs : ln(a b) = ln(a) + ln(b) Soit x et y deux nombres réels strictement positifs. Il existe deux nombres réels a et b tels que : x = e a et y = e b ln(x y) = ln(e a e b ) = ln (e a+b ) car (e a e b = e a+b ) Donc ln(x y) = ln(e a+b ) = a + b x = e a donc a = ln(x) de même, y = e b donc b = ln(y) par conséquent : ln(x y) = ln(x) + ln(y) Montrons que pour tout nombre a et b positifs : ln ( 1 ) = ln(a) a Soit x un nombre réel strictement positif. Il existe un nombre réel a tel que : x = e a ln ( 1 ) = ln ( 1 x e a) = ln (e a ) car ( 1 e a = e a ) de plus x = e a donc a = ln(x) Par conséquent : ln ( 1 ) = x ln(e a ) = a = ln(x) Exemples : Exemple 1 : ln3 + ln2 + ln 5 = ln (3 2 5) = ln(30) Exemple 2 : ln ( 1 ) = ln (2) 2

Exemple 3 : Ecrire ln(24) puis ln( 16 ) en fonction de ln(2) et de ln(3): 9 ln(24) = ln(3 8) = ln(3) + ln(8) = ln(3) + ln(2 2 2) = ln(3) + ln(2) + ln(2) + ln(2) = ln(3) + 3 ln (2) Donc ln(24) = ln(3) + 3 ln (2) Exemple 4 : ln( 16 )= ln (24 9 3 2) = ln(24 ) ln (3 2 ) = 4 ln(2) 2ln (3) Donc : ln( 16 )= 4 ln(2) 2ln (3) 9 2) Résolution d équation a) Théorème: Soit A et B deux réels strictement positifs, l équation ln (A) = ln(b) équivaut à A = B. b) Exemples: Exemple 1 Résoudre l équation : ln(x) 2 = 0 ln(x) = 2 donc ln(x) = ln (e 2 ) donc x = e 2.( e 2 > 0) Donc S = {e 2 } Exemple 2 Résoudre l équation :e x 5 = 0 e x = 5 donc ln (e x ) = ln (5) Donc x = ln (5) S = {ln(5)} Exemple 3 Résoudre l équation : ln(x) = 3 on a donc x = e 3.( e 3 > 0). La solution est: S = {e 3 } Exemple 4 Résoudre l équation :4 ln(x) = 3 elle est équivalente à: ln(x) = 4 3 d où x = e4 3 (e 4 3 > 0) La solution est : S = {e 4 3} Exemple 5 Résoudre l équation :ln ( 1 x ) + 2 ln(x) = 5 ln ( 1 ) + 2 ln(x) = 5 équivaut à : x ln(x) + 2 ln(x) = 5 ln(x) = 5 donc x = e 5 ( e 5 > 0) La solution est: S = {e 5 } Exemple 6 Résoudre l équation suivante: ln(x) = 2ln (3) : ln(x) = 2ln (3) équivaut à : ln(x) = ln (3²) Donc x = 9 (9 > 0) Donc la solution est S = {9} Exemple 7 Résoudre l équation suivante: ln(x) + ln(5) 4 = 0 elle est équivalente à: ln(5x) = 4 d où 5x = e 4 On obtient donc : x = e4 ( e4 5 > 0) donc La solution est: S = {e4 5 } 5

Exemple 8 Résoudre l équation suivante ln(3x 4) = 2 Il faut que 3x 4 > 0 soit x > 4 3 Cette équation n est possible que pour x > 4 3 ln(3x 4) = 2 alors 3x 4 = e 2 donc x = 4 + e2 La solution est: S = { 4 + e2 3 } 3 comme 4 + e2 3 > 4 3 alors Exemple 9: Résoudre l équation suivante ln(x + 2) = ln(x) + 1 x + 2 > 0 soit x > 2 de plus il faut aussi que x > 0 il faut donc que x > 0 ln(x + 2) = ln(x) + 1 donc ln(x + 2) ln(x) = 1 ce qui implique que : ln ( x + 2 x + 2 ) = 1 ce qui donne : = e 1 x x x + 2 = e x x(1 e) = 2 x = 2 1 e = 2 e 1 > 0 La solution est: S = { 2 e 1 } Exemple 10: Résoudre l équation suivante: 2e 2x 1 = e x 2e 2x 1 = e x on obtient donc: ln(2e 2x 1 ) = ln (e x ) on en déduit : ln(2) + ln(e 2x 1 ) = ln (e x ) ln(2) + 2x 1 = x 2x x = 1 ln(2) x = 1 ln(2) La solution est: S = {1 ln(2)} Exemple 11: Résoudre l équation suivante: e 2x + 3 e x = 10 Ce qui équivaut à : (e x )² + 3 e x = 10 Posons X = e x Or pour tout x de R, e x >0 donc X > 0 on obtient alors : X 2 + 3X = 10 X 2 + 3X 10 = 0 Cette équation a pour solutions X 1 = 2 et X 2 = 5 Comme X > 0 alors l unique solution est X 1 = 2 (X 2 < 0) ne peut être solution) Donc e x = 2 On obtient donc : x = ln(2) La solution est: S = {ln(2)}

c) Equation du type x n = k Propriété : Soit k ]0; + [ et n N, Dans]0 ;+ [ l équation x n = k possède une unique solution : x = k 1 n Le nombre k 1 n est la racine nième du nombre k Exemples: Exemple 1 : Résoudre l équation dans]0 ;+ [: x 5 = 7 Cette équation a pour unique solution x = 7 1 5 S = {7 1 5} Application au coefficient multiplicateur : Si C M est le coefficient multiplicateur global sur n années, le taux moyen d évolution annuel t est : (1 + t) n 1 = C M soit t = C M n 1 Exemple: La consommation d eau minérale en bouteille est passée de 133,8 L par personne en 1999 à 153,7 par personne en 2009. a) Calculer le coefficient multiplicateur global sur ces 10 années, avec 3 chiffres après la virgule. b) Montrer que le taux d évolution annuel moyen t vérifie (1 + t) 10 = 153,7 c) déterminer t en pourcentage à 0,1 près. Réponse : a) Le coefficient multiplicateur est C M = 153,7 133,8 1,148 b) C M = 153,7 133,8 et = 10, comme (1 + t)n = C M alors (1 + t) 10 = 153,7 133,8 c) (1 + t) 10 = 153,7 133,8 1 + t = ( 153,7 133,8 ) 1 10 t = ( 153,7 133,8 ) 1 10 1 t 0,014 t 1,4 % d) Recherche de l exposant 133,8 Soit k ]0; + [ l équation q x = k ( q > 0 et q 1) possède une unique solution : x = ln (k) ln (q). Remarque : q x peut s écrire e xlnq avec q > 0 et q 1 Ainsi dans R, l équation q x = k peut s écrire e xlnq = k et donc ln (e xlnq ) = ln (k) ln (k) xln(q) = ln(k) d où =. ln (q)

Exemples: Exemple 1 : Résoudre l équation 7 x = 2 ln (2) (2) x = donc S = {ln ln (7) ln (7) } III) Etude de la fonction logarithme népérien 1) Dérivée de la fonction x ln(x) Théorème: La fonction ln est définie et continue sur ]0 ;+ [ La fonction ln est dérivable sur ]0 ;+ [et ln (x) = 1 x Démonstration: On sait que pour tout x > 0 e ln (x) = x Or, (e u ) = u e u et la fonction dérivée de x est 1 Si f(x) = x alors f (x) = 1 donc (e ln(x) ) = 1 On obtient donc : pour tout x > 0, (e ln(x) ) = (lnx) e ln(x) = 1 Donc pour tout x > 0, (lnx) x = 1 d où (lnx) = 1 x La fonction ln est donc dérivable sur ]0 ; + [ et sa fonction dérivée est 1 x 2) Tableau de variation et courbe représentative de la fonction logarithme népérien a) Tableau de variation : Les résultats précédents nous permettent d écrire: x 0 1 e + f (x) + f(x) 0 1

b) Courbe représentative de la fonction ln(x) IV) Résolution d inéquations Conséquences importantes: Pour tout nombres A et B, comme la fonction logarithme népérien est croissante sur R: ln (A) ln (B) équivaut à A B Exemples Exemple 1 : Résoudre l inéquation ln(2x) < ln(x) x doit être strictement positif ln(2x) < ln(x) équivaut à 2x < x soit x < 0 ce qui est impossible donc S = { } Exemple 2 : Résoudre l inéquation : ln(x 2 2x + 1) > 0 x 2 2x + 1 doit être strictement positif (pour que ln(x 2 2x + 1) ait un sens) Tout d abord étudions pour quelle(s) valeur(s) de x, x 2 2x + 1 > 0 Calculons le discriminant (pour tout trinôme du second degré de la forme :ax 2 + b 2 + c = b 2 4ac ) = ( 2) 2 4 = 0 Comme = 0 alors x 2 2x + 1 0 et a une unique solution : x = b 2a = 2 2 = 1 Donc il faut que x 1 pour que ln(x 2 2x + 1) ait un sens Résolvons maintenant l inéquation : ln(x 2 2x + 1) > 0 inéquation équivaut à : ln(x 2 2x + 1) > ln (1) ce qui équivaut à : x 2 2x + 1 > 1 comme 0 = ln (1) cette

x 2 2x + 1 1 > 0 x 2 2x > 0 x(x 2) > 0 faisons le tableau de signe : x 0 2 + x 0 + x 2 0 + x(x 2) + 0 0 + x(x 2) > 0 pour x < 0 et pour x > 2 (on n oublie pas qu il faut que x 1 on vérifie que cela est compatible avec les solutions trouvées) donc : S =] ; 0[ ]2; + [ IV) Exemple d étude de fonction: Etudier la fonction f définie sur [0,5 ;10] par f(x) = 5 lnx a) La fonction f est définie et dérivable [1 ;10] x Tout d abord dérivons lnx x = u v u(x) = ln (x) u (x) = 1 x ( lnx x ) = u v uv v² v(x) = x v (x) = 1 ( lnx x ) = 1 x x ln (x) 1 1 ln (x) = x² x² Donc f (x) = 1 ln(x) x 2 = ln(x) 1 x 2 x² 0 pour tout x [0,5; 10] et ln(x) 1 0 pour x e et lnx 1 0 pour x e Par conséquent : f (x) 0 pour x e et f (x) 0 pour x e On obtient donc le tableau de variation : x 0,5 e 10 f (x) 0 + 6,39 4,77 f(x) 4,63 ln (0,5) f(0,5) = 5 = 5 + 2ln2 6,39 0,5 ln (e) f(e) = 5 =5 1 e e 4,63 ln (10) f(10) = 5 4,77 10

La courbe représentative de f est donc