Théorème et définition : La fonction exp réalise une bijection de R sur ]0,+?[. 0 , + ? [ . On appelle logarithme népérien, et on note ln , sa réciproque qui est donc définie sur ]0,+?[. 0 , + ? [ .
Quels sont les propriétés de la fonction logarithme népérien ?
- Connaitre les propriétés de la fonction logarithme népérien. La fonction logarithme népérien, notée ln, est la fonction définie sur qui à tout réel x strictement positif associe l’unique solution de l’équation d’inconnue t : et = x . L’inconnue réelle t est notée ln (x) .
Qu'est-ce que l'ogarithme népérien ?
- Le réel t, solution unique de l’équation et = ? sera appelé le l ogarithme népérien de ? et noté ln (?) . La fonction logarithme népérien, notée ln, est la fonction définie sur qui à tout réel x strictement positif associe l’unique solution de l’équation d’inconnue t : et = x. L’inconnue réelle t est notée ln (x).
Quels sont les différents types de fonctions logarithmes ?
- Fonctions logarithmes 1. Fonctions exponentielles Une bijection est une fonction telle que chaque image admet un unique antécédent. Ex : la fonction f (x)=2x définie sur R est une bijection. Pour tout y?“R” il existe un unique x?“R” tel que y=f (x) ( x=y/2 ). La fonction carrée n’est pas une bijection.
Comment calculer la fonction ln ?
- La fonction ln est la fonction réciproque de la fonction exp (à l'image de la fonction racine carrée pour la fonction carré). • (P3) : ln ( 1 ) = 0 et ln (e) = 1. • (P1) n’est qu’une autre traduction de la définition. • Pour (P2) : Soit x un réel. ex > 0, on peut alors poser t = ln (ex). t = ln (ex) ex = et , d’après (P1) et ex = et x = t.
La fonction logarithme népérien est donc la bijection réciproque de la fonction exponentielle. C'est également la primitive définie sur les réels strictement positifs et qui s'annule en 1 de la fonction inverse x ? 1 x.
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, avec ∈ℝ∖ 0 , est dérivable sur ℝ. Sa dérivée est la fonction 45
45
est strictement croissante.
est strictement décroissante.
45
>0 pour tout réel t et tout entier relatif k non nul. Donc le signe de la dérivée ⟼ 45
dépend du signe de k. Si k > 0 alors la dérivée est strictement positive est donc la fonction ⟼ 45
est strictement croissante. Si k < 0 alors la dérivée est strictement négative est donc la fonction ⟼ 45
est strictement décroissante.
dans une situation concrète
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FONCTION EXPONENTIELLE ET
FONCTION LOGARITHME
I. Définition de la fonction exponentielle
Propriété et définition : Il existe une unique fonction f dérivable sur ℝ telle que
et 0 =1. Cette fonction s'appelle fonction exponentielle et se note exp.Conséquence : exp
0 =1 Avec la calculatrice, il est possible d'observer l'allure de la courbe représentative de la fonction exponentielle : Remarque : On verra dans le paragraphe II. que la fonction exponentielle est croissante. Mais sa croissance est très rapide, ainsi exp(21) dépasse le milliard. Pour des valeurs de x de plus en plus grandes, la fonction exponentielle prend des valeurs de plus en plus grandes. Propriété : La fonction exponentielle est strictement positive sur ℝ.II. Étude de la fonction exponentielle
1) Dérivabilité
Propriété : La fonction exponentielle est dérivable sur ℝ et exp =exp2) Variations
Propriété : La fonction exponentielle est strictement croissante sur ℝ.En effet,
exp >0 car exp =exp>0.3) Courbe représentative
On dresse le tableau de variations de la fonction exponentielle : x exp exp 0 2III. Propriété de la fonction exponentielle
1) Relation fonctionnelle
Théorème : Pour tous réels x et y, on a : exp =expexp Remarque : Cette formule permet de transformer une somme en produit et réciproquement.Corollaires : Pour tous réels x et y, on a :
a) exp ou encore expexp =1 b) exp c) exp exp avec ∈ℕDémonstration du a et b :
a) expexp =exp =exp0=1 b) exp =exp4+ 5 =expexp =exp2) Le nombre e
Définition : L'image de 1 par la fonction exponentielle est notée e.On a ainsi exp1=
Remarque : Avec la calculatrice, on peut obtenir une valeur approchée de e. 3Notation nouvelle :
exp=exp ×1 exp1On note pour tout x réel, exp=
Comme , le nombre e est un nombre irrationnel, c'est à dire qu'il s'écrit avec un nombre infini de décimales sa ns suite logique.Ses premières décimales sont :
e ≈ 2,7182818284 5904523536 0287471352 6624977572 47093699959574966967 6277240766 3035354759 4571382178 5251664274...
Le nombre e est également un nombre transcendant. On dit qu'un nombre est tra nscendant s'il n'e st solution d'aucune équation à coefficients entiers.Le nombre
2 par exempl e, est irrationnel mais n'est pas
transcendant puisqu'il est solution d e l'équat ion =2. Un tel nombre est dit "algébrique».Le premier à s'intéresser de façon sérieuse au nombre e est le mathématicien suisse Leonhard
Euler (1707 ; 1783), ci-dessus. C'est à lui que nous devons le nom de ce nombre. Non pas qu'ils'agisse de l'initiale de son nom mais peut être car e est la première lettre du mot exponentiel.
Dans " Introductio in Analysin infinitorum » publié en 1748, Euler explique que : =1+ Rappelons que par exemple 5! se lit "factorielle 5" et est égal à 1 x 2 x 3 x 4 x 5. Par cette formule, il obtient une estimation de e avec 18 décimales exactes. Nous devons aussi à Euler la démonstration de l'irrationalité de e. Avec cette nouvelle notation, on peut ainsi résumer l'ensemble des propriétés de la fonction exponentielle : Propriétés : Pour tous réels x et y, on a : a) =1 et b) >0 et c) , avec ∈ℕ. Méthode : Dériver une fonction exponentielleVidéo https://youtu.be/XcMePHk6Ilk
Dériver les fonctions suivantes :
a) =4-3 b) -1 c) ℎ a) ′ =4-3 b) ()=1× -1 4 c) ℎ′Méthode : Simplifier les écritures
Vidéo https://youtu.be/qDFjeFyA_OY
Simplifier l'écriture des nombres suivants :
0 0 Propriétés : Pour tous réels a et b, on a : a) b) Méthode : Résoudre une équation ou une inéquationVidéo https://youtu.be/dA73-HT-I_Y
Vidéo https://youtu.be/d28Fb-zBe4Y
a) Résoudre dans ℝ l'équation =0. b) Résoudre dans ℝ l'inéquation ≥1. a) =0 -3=-2 +2-3=0Δ=2
-4×1× -3 =16Donc =
!2 =-3 ou = ,(3 !2 =1Les solutions sont -3 et 1.
2 0 +1 0 5 b) ≥1 ⟺4-1≥0 4L'ensemble des solutions est l'intervalle M
;+∞M. Méthode : Étudier une fonction exponentielleVidéo https://youtu.be/_MA1aW8ldjo
Soit f la fonction définie sur ℝ par +1 a) Calculer la dérivée de la fonction f. b) Dresser le tableau de variations de la fonction f. c) Déterminer une équation de la tangente à la courbe au point d'abscisse 0. d) Tracer la courbe représentative de la fonction f en s'aidant de la calculatrice. a) +1 +2 b) Comme >0, () est du signe de +2. f est donc décroissante sur l'intervalle -∞;-2 et croissante sur l'intervalle -2;+∞On dresse le tableau de variations :
x -∞ -2 +∞ () - 0 + c) 0 =1 et ′ 0 =2 Une équation de la tangente à la courbe en 0 est donc : = 0 -0 +(0), soit : =2+1 d) 6IV. Fonctions de la forme ⟼
1) Variations
Propriété :
La fonction ⟼
45, avec ∈ℝ∖ 0 , est dérivable sur ℝ. Sa dérivée est la fonction 45
Démonstration :
On rappelle que la dérivée d'une fonction composée ⟼ estEn considérant
5 , = et =0, on a : 4545
Exemple :
Soit
)/5 alors ′ =-4 )/5Propriété :
Si k > 0 : la fonction ⟼
45est strictement croissante.
Si k < 0 : la fonction ⟼
45est strictement décroissante.
Démonstration :
On a :
4545
Or,
45>0 pour tout réel t et tout entier relatif k non nul. Donc le signe de la dérivée ⟼ 45
dépend du signe de k. Si k > 0 alors la dérivée est strictement positive est donc la fonction ⟼ 45
est strictement croissante. Si k < 0 alors la dérivée est strictement négative est donc la fonction ⟼ 45
est strictement décroissante.
2) Représentation graphique
Méthode : Étudier une fonction ⟼ 45dans une situation concrète