La fonction Logarithme Népérien

Documents pareils
Chapitre 6. Fonction réelle d une variable réelle

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

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

Limites finies en un point

Développements limités, équivalents et calculs de limites

Comparaison de fonctions Développements limités. Chapitre 10

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

Exo7. Limites de fonctions. 1 Théorie. 2 Calculs

Complément d information concernant la fiche de concordance

Chapitre 2 Le problème de l unicité des solutions

Commun à tous les candidats

Fonctions de plusieurs variables

Continuité et dérivabilité d une fonction

FONCTION EXPONENTIELLE ( ) 2 = 0.

La fonction exponentielle

Planche n o 22. Fonctions de plusieurs variables. Corrigé

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

Baccalauréat S Antilles-Guyane 11 septembre 2014 Corrigé

Cours Fonctions de deux variables

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

Dérivation : cours. Dérivation dans R

Baccalauréat ES/L Métropole La Réunion 13 septembre 2013 Corrigé

Continuité en un point

Seconde Généralités sur les fonctions Exercices. Notion de fonction.

3 Approximation de solutions d équations

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

Mais comment on fait pour...

Développements limités. Notion de développement limité

Probabilités conditionnelles Exercices corrigés

Image d un intervalle par une fonction continue

Leçon 01 Exercices d'entraînement

Baccalauréat ES/L Amérique du Sud 21 novembre 2013

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

Fonctions homographiques

Bien lire l énoncé 2 fois avant de continuer - Méthodes et/ou Explications Réponses. Antécédents d un nombre par une fonction

Raisonnement par récurrence Suites numériques

Correction du baccalauréat ES/L Métropole 20 juin 2014

DÉRIVÉES. I Nombre dérivé - Tangente. Exercice 01 (voir réponses et correction) ( voir animation )

BACCALAUREAT GENERAL MATHÉMATIQUES

Etude de fonctions: procédure et exemple

Baccalauréat ES Polynésie (spécialité) 10 septembre 2014 Corrigé

Baccalauréat ES Pondichéry 7 avril 2014 Corrigé

Chap 4. La fonction exponentielle Terminale S. Lemme : Si est une fonction dérivable sur R telle que : = et 0! = 1 alors ne s annule pas sur R.

Problème 1 : applications du plan affine

I. Ensemble de définition d'une fonction

Nombre dérivé et tangente

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

Exercices Corrigés Premières notions sur les espaces vectoriels

Dérivation : Résumé de cours et méthodes

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

FONCTIONS DE PLUSIEURS VARIABLES (Outils Mathématiques 4)

Exercices - Fonctions de plusieurs variables : corrigé. Pour commencer

108y= 1 où x et y sont des entiers

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

C f tracée ci- contre est la représentation graphique d une

IV- Equations, inéquations dans R, Systèmes d équations

CCP PSI Mathématiques 1 : un corrigé

Construction d un cercle tangent à deux cercles donnés.

Première partie. Préliminaires : noyaux itérés. MPSI B 6 juin 2015

Baccalauréat ES Amérique du Nord 4 juin 2008

Continuité d une fonction de plusieurs variables

Chapitre 1 : Évolution COURS

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

Université Paris-Dauphine DUMI2E 1ère année, Applications

Logique. Plan du chapitre

Chp. 4. Minimisation d une fonction d une variable

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

Calcul fonctionnel holomorphe dans les algèbres de Banach

Correction du Baccalauréat S Amérique du Nord mai 2007

Développement décimal d un réel

Cours d Analyse. Fonctions de plusieurs variables

Les indices à surplus constant

FctsAffines.nb 1. Mathématiques, 1-ère année Edition Fonctions affines

Le produit semi-direct

Résolution d équations non linéaires

Taux d évolution moyen.

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

Fonctions de plusieurs variables, intégrales multiples, et intégrales dépendant d un paramètre

Calcul différentiel. Chapitre Différentiabilité

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

Suites numériques 3. 1 Convergence et limite d une suite

Loi binomiale Lois normales

Théorème du point fixe - Théorème de l inversion locale

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

Exercices Alternatifs. Une fonction continue mais dérivable nulle part

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

Terminale SMS - STL

Baccalauréat ES Antilles Guyane 12 septembre 2014 Corrigé

F411 - Courbes Paramétrées, Polaires

Intégration et probabilités TD1 Espaces mesurés Corrigé

Cours d Analyse I et II

Exercices - Polynômes : corrigé. Opérations sur les polynômes

Dérivation CONTENUS CAPACITÉS ATTENDUES COMMENTAIRES

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

Problèmes de Mathématiques Filtres et ultrafiltres

Union générale des étudiants de Tunisie Bureau de l institut Préparatoire Aux Etudes D'ingénieurs De Tunis. Modèle de compte-rendu de TP.

Angles orientés et trigonométrie

CONCOURS D ENTREE A L ECOLE DE 2007 CONCOURS EXTERNE. Cinquième épreuve d admissibilité STATISTIQUE. (durée : cinq heures)

F1C1/ Analyse. El Hadji Malick DIA

Maple: premiers calculs et premières applications

Transcription:

Terminale S, Cours La fonction Logarithme Népérien Eistence Théorème: (admis) Soit f une fonction dérivable sur un intervalle I de R, strictement monotone sur I à valeurs dans J. Alors il eiste une fonction appelée fonction réciproque de la fonction f dérivable sur J à valeurs dans I, notée f - telle que pour tout réel I, f - f () = et pour tout réel J, f f - () =. Remarque: On peut remarquer que les fonctions f et f - sont continues respectivement sur I et J. La fonction eponentielle vérifie les conditions d application du théorème. Définition: On appelle logarithme népérien, la fonction définie sur 0; + [ à valeurs dans ] - ; + [ définie comme la fonction réciproque de la fonction eponentielle. On note ln cette fonction. Conséquences: Le domaine de définition de la fonction logarithme népérien est 0; + [. La fonction ln, réciproque de la fonction ep est définie sur l ensemble des images par ep et à valeurs dans le domaine de ep. On a donc: - ln = Im ep et Im ln = - ep Réciprocité: Pour tout réel, ln(e ) = ou encore ln ep() =. Pour tout réel > 0, e ln() = ou encore ep ln() =. L unique antécédent de e par ep est d où le résultat. De même pour > 0, ln() est l unique antécédent du nombre par ep donc l image de ln() par ep est bien. Propriété (valeurs particulières): ln() = 0 ln(e)= En effet, comme e 0 = alors l unique antécédent de par ep est 0 d où ln = 0 et de même comme e = e alors l unique antécédent de e par ep est d où ln(e) =.

2 Terminale S, Cours Propriétés fonctionnelles Théorème (dérivée de ln): La fonction ln est dérivable sur R +* =] 0; + [ et pour tout réel > 0, ln () =. On admet la dérivabilité de ln comme fonction réciproque d une fonction dérivable. Pour tout réel > 0, e ln() =. La fonction φ : e ln() est donc dérivable par composition. On a φ () = ln () e ln() = ln (). D autre part comme φ() = pour tout > 0, alors φ () =. On obtient donc l égalité ln () = pour tout > 0. Comme > 0, on peut donc en déduire ln () = pour tout réel > 0. Propriété (variation de ln): La fonction ln est strictement croissante sur R +* =] 0; + [. Pour tout réel > 0, ln () = > 0 d où le résultat. Propriété (signe de ln()): ln() = 0 si et seulement si = ln() > 0 pour > et ln() < 0 pour 0 < <. On sait que ln = 0. La fonction ln est strictement croissante sur 0; + [. Par suite pour tout réel >, ln() > ln d où ln() > 0 pour > 0. De même pour tout réel 0 < <, ln() < ln d où ln() < 0. On en conclut que ln() = 0 si et seulement si = ainsi que le signe de ln. Propriété (équation et inéquation): ln(a) = ln b si et seulement si a > 0 et b > 0 et a = b. ln(a) < ln b si et seulement si 0 < a < b. Les conditions a > 0 et b > 0 sont nécessaires pour l eistence de ln(a) et ln b. Ensuite, s il eiste a b, a < b par eemple tel que ln(a) = ln b alors la fonction ln n est pas strictement croissante. Absurde. Donc ln(a) = ln b si et seulement si a = b. Pour la 2 e assertion, il suffit d appliquer la stricte monotonie pour le sens 0 < a < b ln(a) < ln b. Pour le sens réciproque, on raisonne comme précédemment par l absurde.

Terminale S, Cours 3 Propriétés Algébriques Propriété fondamentale: Pour tous réels et y strictement positifs, ln y = ln() + ln y. Soit y un réel strictement positif. On définit la fonction ψ sur 0; + [, par ψ() = ln y - ln() - ln y. La fonction ψ est bien définie puisque > 0 et y > 0 d où y > 0. De plus la fonction y est dérivable sur 0; + [ à valeurs dans 0; + [ pour > 0 puisque y > 0. Alors par composition ln y est dérivable sur 0; + [. Enfin par somme comme ln y est une constante, ψ est dérivable sur 0; + [. Pour tout réel > 0, on obtient ψ () = y y - - 0 = - = 0. La fonction ψ est donc constante sur 0; + [. Or ψ = ln y - ln - ln y = ln y - ln y = 0 donc ψ() = 0 pour tout réel > 0. On a donc obtenu ln y - ln() - ln y = 0 d où ln y = ln() + ln y pour tout réel > 0, pour tout réel y > 0. Propriétés (Corollaire): ln ln y = -ln() pour tout réel > 0 = ln() - ln y pour tous réels et y strictement positifs. ln( n ) = n ln() pour tout réel > 0 et tout entier naturel n. En particulier ln(e n ) = n pour tout entier naturel n. ln = ln() pour tout réel > 0. 2 On a ln = ln = 0 et d après la propriété précédente, ln = ln() + ln. On en déduit donc ln() + ln = 0 d où ln = -ln(). On a ln y = ln y = ln() + ln y = ln() - ln y en utilisant les 2 propriétés précédemment démontrées. Soit > 0. On raisonne par récurrence sur n N. Pour n = 0, on a ln 0 = ln = 0 et 0 ln() = 0 d où ln 0 = 0 ln(). La propriété est vraie pour n = 0. Soit n N. On fait l hypothèse de récurrence ln( n ) = n ln() est vraie. Or on a ln n+ = ln( n ) = ln( n ) + ln() (propriété fondamentale). D après l hypothèse de récurrence, ln( n ) = n ln() donc on obtient ln n+ = n ln() + ln() = n + ln() : la propriété est vraie au rang n +. La propriété est donc héréditaire. La propriété est vraie au rang n = 0 et est héréditaire pour n 0. D après le principe de récurrence, elle est donc vraie pour tout entier naturel n. On a donc en particulier pour = e, ln(e n ) = n ln(e) = n = n. On a ln() = ln 2 = 2 ln pour tout réel > 0 d où le résultat.

4 Terminale S, Cours Limites Définition (limite en + ): Soit f une fonction définie sur ] 0 ; + [ avec 0 R. Alors on dit que f admet pour limite + quand tend vers + et on note Lim f () = + si et seulement si pour tout réel + Α, il eiste un réel a avec a > 0 tel que si > a, alors f () > Α. Théorème: Lim ln() = - (la courbe représentative de ln admet la droite d équation = 0 comme asymptote verticale). 0 + Lim ln() = + + Limite en +. Soit A R. On pose a = e A 0; + [. Comme la fonction ln est strictement croissante sur 0; + [, alors ln() > ln(a) d où ln() > ln e A c est à dire ln() > A pour tout réel > a. Par définition de la limite + en +, comme pour tout réel A, il eiste un réel a > 0 tel que si > a alors ln() > A, on a donc ln() = +. Lim + Limite en 0 + : On a pour tout réel > 0, > 0 et ln() = -ln. Or Lim = + et Lim ln X = + donc par composition, Lim ln 0 + X + 0 + = +. Finalement comme Lim 0 + ln() = -Lim 0 + ln, on obtient Lim 0 + ln() = -.

Terminale S, Cours 5 Courbe Tangente en = : L équation de la tangente à en = est y = -. L équation de la tangente à la courbe de ln en = est donnée par y = ln - + ln = - + 0 = -. Propriété (position de C ln par rapport à sa tangente en = ): Pour tout réel > 0, ln() - et l égalité n a lieu que pour = Conséquence: pour tout réel > 0, ln() <. On pose ψ la fonction définie sur 0; + [ par ψ() = - - ln(). La fonction ψ est définie et dérivable sur 0; + [ et pour tout réel > 0, ψ () = - = -. Comme > 0, ψ () est du signe de - sur 0; + [ d où ψ () > 0 pour > et ψ () < 0 pour 0 < <. La fonction ψ est donc strictement décroissante sur 0; et ainsi ψ() > ψ pour 0 <. La fonction ψ est strictement croissante sur ; + [ donc ψ() > ψ pour >. Finalement ψ() > ψ pour tout réel > 0 et. Or ψ = - - ln = 0 donc ψ() > 0 pour > 0 et et ψ = 0. On a donc - - ln() > 0 pour > 0 et d où - > ln() pour > 0 et et - ln() pour =. Pour le deuième résultat, il suffit de remarquer que > - pour tout réel. La courbe de ln est toujours en dessous de sa tangente en =. Tangente en = e. L équation de la tangente à en = e est y = : cette tangente passe par l origine du repère. e L équation de la tangente à la courbe de ln en = est donnée par y = ln (e) ( - e) + ln(e) = ( e - e) + =. e Son ordonnée à l origine est nulle donc cette tangente passe par l origine du repère. Représentation graphique:

6 Terminale S, Cours 3 2 2 e 3 4 5 6 - -2-3

Terminale S, Cours 7 Croissances comparées Théorème: ln() Lim = 0 + Lim ln() = 0 0 + ln() Lim + n = 0, n N * Lim n ln() = 0, n N * 0 + On pose φ() = 2 - ln() pour tout réel > 0. La fonction φ est dérivable sur 0; + [ comme somme de deu fonctions dérivables sur 0; + [. Pour tout réel > 0, on a φ () = 2 2 Comme > 0, φ () est du signe de - = - sur 0; + [. - = -. Ainsi comme est strictement croissante sur 0; + [, on sait que - > 0 pour > et - < 0 pour 0 < < d où φ () > 0 pour > et φ () < 0 pour 0 < <. La fonction φ est donc strictement décroissante sur 0; et strictement croissante sur ; + [. Par suite φ() > φ pour > et φ() > φ pour 0 < <. Or φ = 2 - ln = 2 > 0. Donc φ() > 0 pour tout réel > 0. On en déduit donc que ln() < 2 pour tout réel > 0. ln() Déterminons Lim +. On a montré que pour tout réel > 0, ln() < 2 donc pour tout réel > 0, ln() Remarquons de plus que pour >, ln() > 0 et > 0 donc on a 0 < ln() < 2. < 2, c est à dire ln() < 2. Or Lim + = + donc Lim + 2 = 0. ln() D après le théorème des gendarmes, on obtient donc Lim = 0. + Déterminons Lim 0 + ln(). -ln Pour tout réel > 0, ln() =. ln X Or Lim = + et Lim 0 + X + X Il y a plusieurs méthodes. Pour tout entier naturel n > 0, ln() ln() Lim + n = n Lim ln( n ) + n = 0. = 0 donc par composition, Lim 0 + n = n n ln() n = n On peut aussi remarquer pour n > 0, ln() ln() n = n- résultat annoncé. Pour la deuième limite, on peut raisonner de même: n ln() = n n ln( n ) ou ln = 0 d où Lim ln() = 0. 0 + ln( n ) n et comme Lim n ln X = + et Lim = 0, par composition + X + X et comme Lim + 0 si n 2 = alors par produit, on obtient le n- si n =

8 Terminale S, Cours n ln() = n- ln() ou par composition, n ln() = -ln n.

Terminale S, Cours 9 Compléments. dérivée de ln(u): dérivée logarithmique. Propriété: Soit u une fonction dérivable sur I R telle que de plus u() > 0 pour tout réel I. Alors la fonction ln u = ln(u) est dérivable sur I et pour tout réel I, ln(u) () = u (). On retient (ln(u)) = u u. Il suffit d appliquer le théorème de dérivation des fonctions composées à ln u. Comme u est à valeurs dans 0; + = D ln, ln u est définie et dérivable sur I et on a ln u = u ln (u) = u u. 2. Un autre cas de forme indéterminée. Théorème: Lim ln() - =. ln() - ln La fonction ln est dérivable en = donc Lim = ln ln() c est à dire Lim - - =. Remarque: C est une méthode classique pour lever des indéterminations en un point fini. On a de la même manière Lim e - =. 0 3. Quelques points à retenir. u() 3.. Le domaine de définition de ln(u) : Eemple: Déterminons le domaine de définition de ln - + Le nombre ln - + - est défini si > 0 donc si < - et >. + et celui de ln - - ln +. Le nombre ln - est défini pour > et le nombre ln + pour > - donc le nombre ln - - ln + est défini pour >. Théoriquement pourtant ln - = ln - - ln + partout où chacun des nombres est bien défini en fait. + Il faut donc prendre des précautions quand on transforme des epressions avec des logarithmes. On peut ou ajouter ou enlever une partie des domaines de définition. 3.2. Les équations avec des logarithmes: Pour les raisons précédemment évoquées de domaines de définition, il faut avant de résoudre une équation avec des logarithmes se poser la question des domaines de définition. Eemple: Résolvons l équation ln 2 - = ln(). On est tenté d écrire directement, alors il faut 2 - = d où 2 + - = 0 et on détermine les solutions = - 5 2 et

0 Terminale S, Cours 2 = + 5. 2 Donc l équation admet 2 solutions!! Et c est FAUX!! En effet la solution n appartient pas au domaine de définition de l équation ln 2 - = ln(). Dans ce cas, on voit facilement l erreur, il peut arriver que l impossibilité soit plus délicate à détecter. La bonne méthode est de commencer par étudier le domaine de définition de l équation de départ. Ici en l occurrence, c est 0; + [. donc l équation ln 2 - = ln() équivaut à l équation 2 - = et > 0.

Terminale S, Cours 4. Primitives Définition: On appelle primitive sur I d une fonction f définie sur I, toute fonction F dérivable sur I et telle que F = f sur I. Eemples: 2 2 est une primitive de sur R e est une primitive de e sur R + est une primitive de - sur R* 2 Théorème (admis): Toute fonction continue sur I admet une primitive sur I. Ce théorème sera démontré dans la cadre du chapitre sur l intégration. Propriété: Soit F et G deu primitives d une même fonction f sur I. Alors F et G diffèrent d une constante, autrment dit il eiste un réel K tel que G() = F() + K pour tout réel I. On a clairement G - F () = G () - F () = f () - f () = 0 donc G - F est constante sur I. Il eiste donc une constante K R telle que G() - F() = K d où G() = F() + K pour tout I. Propriété: Soit f une fonction définie sur I, admettant une primitive sur I. Alors f admet une infinité de primitives sur I. Pour tout couple 0 ; y 0 avec 0 I, il eiste une unique primitive de f qui prend la valeur y 0 en 0. On appelle un tel couple 0 ; y 0 une condition initiale. S il en eiste une F, alors toutes les fonctions G = F + K pour K R sont aussi des primitives de f d où l infinité. Soit F une primitive de f. Alors la fonction G définie par G() = F() + y 0 - F( 0 ) est une primitive de f (évident) telle que de plus G( 0 ) = y 0. Montrons qu elle est unique. Soit H une autre primitive de f telle que H( 0 ) = y 0. Alors comme on sait qu il eiste une constante K telle que H() = G() + K alors H( 0 ) = G( 0 ) + K d où y 0 = y 0 + K et donc K = 0. Par suite H = G: G est unique. Théorème: La fonction logarithme népérien est l unique primitive de la fonction inverse sur 0; + [ qui s annule en. Remarque: Cette propriété de ln la caractérise complètement. C est à dire que l on peut définir la fonction ln comme l unique primitive de la fonction inverse sur 0; + [ et retrouver toutes ces propriétés, en particulier qu elle est la fonction réciproque de la fonction eponentielle.