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Logarithme népérien en Terminale : cours, exemples et exercices

Le logarithme népérien en Terminale : la réciproque de l’exponentielle, des règles qui transforment les produits en sommes, des équations à résoudre et une fonction à étudier. Voici le cours, deux exemples résolus et cinq exercices corrigés.

−2−11234−2−11234y = ln xy = eˣy = x
La courbe de ln⁡\ln est la symétrique de celle de exp⁡\exp par rapport à la droite y=xy=x : le point (0 ; 1)(0\,;\,1) devient le point (1 ; 0)(1\,;\,0).

Programme de Terminale

Ce que tu dois savoir faire en Terminale

La fonction logarithme népérien est l’une des grandes nouveautés de l’analyse en Terminale. Le programme de spécialité l’introduit comme la fonction réciproque de l’exponentielle vue en Première, en s’appuyant sur les deux courbes, symétriques l’une de l’autre.

Il demande de connaître ses propriétés algébriques, sa dérivée, ses variations, ses limites en 00 et en +∞+\infty, et la croissance comparée de ln⁡x\ln x et de xnx^n. Tu dois savoir utiliser ces propriétés pour transformer une écriture, résoudre une équation ou une inéquation, et t’en servir dans des problèmes. Deux démonstrations sont au programme : le calcul de la dérivée de ln⁡\ln et la limite de xln⁡xx\ln x en 00.

Dans Mathflow, le chapitre compte six compétences, chacune en trois niveaux.

Les 6 compétences du chapitre

  1. Comprendre la définition de la fonction logarithme népérien
  2. Utiliser les propriétés algébriques du logarithme
  3. Résoudre des équations et inéquations logarithmiques
  4. Étudier une fonction comportant des logarithmes
  5. Étudier la concavité d’une fonction logarithmique
  6. Comparer la croissance du logarithme à celle d’autres fonctions

Cours

L’essentiel du cours

La définition, les règles de calcul, l’étude de la fonction et la méthode pour les équations : l’ordre logique du chapitre.

La réciproque de l’exponentielle

y=ln⁡x  ⟺  x=ey(x>0)y=\ln x \iff x=e^{y}\qquad (x>0)
  • ln⁡1=0\ln 1=0 car e0=1e^0=1, et ln⁡e=1\ln e=1 car e1=ee^1=e.
  • Pour tout réel xx, ln⁡(ex)=x\ln(e^x)=x ; pour tout réel x>0x>0, eln⁡x=xe^{\ln x}=x.
  • ln⁡x\ln x est l’exposant qu’il faut donner à ee pour obtenir xx : comme e3≈20,1e^3\approx20{,}1 et e4≈54,6e^4\approx54{,}6, on a 3<ln⁡50<43<\ln 50<4.

Dans un repère orthonormé, les courbes de ln⁡\ln et de exp⁡\exp sont symétriques par rapport à la droite d’équation y=xy=x. Comme une exponentielle est toujours strictement positive, ln⁡x\ln x n’existe pas pour x≤0x\le0.

Les propriétés algébriques

RègleExemple
ln⁡(ab)=ln⁡a+ln⁡b\ln(ab)=\ln a+\ln bln⁡6=ln⁡2+ln⁡3\ln 6=\ln 2+\ln 3
ln⁡(1b)=−ln⁡b\ln\left(\dfrac{1}{b}\right)=-\ln bln⁡(18)=−ln⁡8\ln\left(\dfrac{1}{8}\right)=-\ln 8
ln⁡(ab)=ln⁡a−ln⁡b\ln\left(\dfrac{a}{b}\right)=\ln a-\ln bln⁡(427)=ln⁡4−ln⁡27\ln\left(\dfrac{4}{27}\right)=\ln 4-\ln 27
ln⁡(an)=nln⁡a\ln(a^n)=n\ln aln⁡8=ln⁡(23)=3ln⁡2\ln 8=\ln(2^3)=3\ln 2
ln⁡a=12ln⁡a\ln\sqrt{a}=\dfrac{1}{2}\ln aln⁡12=12ln⁡12\ln\sqrt{12}=\dfrac{1}{2}\ln 12

Ces règles viennent de la relation ex+y=ex×eye^{x+y}=e^x\times e^y. Attention : il n’existe aucune règle pour ln⁡(a+b)\ln(a+b).

Étude de la fonction ln⁡\ln

lim⁡x→0+ln⁡x=−∞lim⁡x→+∞ln⁡x=+∞\lim_{x\to0^+}\ln x=-\infty \qquad \lim_{x\to+\infty}\ln x=+\infty
  • L’axe des ordonnées (la droite x=0x=0) est asymptote verticale à la courbe.
  • Signe : ln⁡x<0\ln x<0 sur ]0 ; 1[]0\,;\,1[, ln⁡1=0\ln 1=0 et ln⁡x>0\ln x>0 sur ]1 ; +∞[]1\,;\,+\infty[.
  • Si uu est dérivable et strictement positive sur un intervalle II, alors ln⁡(u)\ln(u) est dérivable sur II et (ln⁡(u))′=u′u\big(\ln(u)\big)'=\dfrac{u'}{u}.
  • (ln⁡x)′′=−1x2<0(\ln x)''=-\dfrac{1}{x^2}<0 : la fonction ln⁡\ln est concave, sa courbe est sous ses tangentes. Avec la tangente en 11, on obtient ln⁡x≤x−1\ln x\le x-1 pour tout x>0x>0.

Croissances comparées : ln⁡x\ln x tend vers +∞+\infty, mais beaucoup moins vite que n’importe quelle puissance de xx. Pour tout entier n≥1n\ge1 :

lim⁡x→+∞ln⁡xxn=0lim⁡x→0+xnln⁡x=0\lim_{x\to+\infty}\dfrac{\ln x}{x^n}=0 \qquad \lim_{x\to0^+}x^n\ln x=0

Résoudre une équation ou une inéquation

Comme ln⁡\ln est strictement croissante sur ]0 ; +∞[]0\,;\,+\infty[, pour tous réels a>0a>0 et b>0b>0 :

ln⁡a=ln⁡b  ⟺  a=bln⁡a<ln⁡b  ⟺  a<b\begin{gathered}\ln a=\ln b \iff a=b\\ \ln a<\ln b \iff a<b\end{gathered}
  1. Chercher les valeurs de xx pour lesquelles chaque logarithme existe : ce qui est dans un ln⁡\ln doit être strictement positif.
  2. Se ramener à ln⁡A=ln⁡B\ln A=\ln B, ln⁡A<ln⁡B\ln A<\ln B ou ln⁡A=k\ln A=k, en regroupant avec les propriétés algébriques.
  3. Supprimer les logarithmes : ln⁡A=k  ⟺  A=ek\ln A=k\iff A=e^k et ln⁡A<ln⁡B  ⟺  A<B\ln A<\ln B\iff A<B.
  4. Ne garder que les solutions qui appartiennent à l’ensemble trouvé à la première étape.

Dans l’autre sens, pour un réel k>0k>0, ex=k  ⟺  x=ln⁡ke^x=k\iff x=\ln k. Si k≤0k\le0, l’équation ex=ke^x=k n’a pas de solution.

Exemples résolus

Deux exemples résolus

  1. Exemple 1

    Une équation avec deux logarithmes

    Résous dans R\mathbb{R} l’équation ln⁡x+ln⁡(x−2)=ln⁡3\ln x+\ln(x-2)=\ln 3.

    Solution

    Ensemble de validité : il faut x>0x>0 et x−2>0x-2>0, soit x>2x>2. On cherche donc les solutions dans ]2 ; +∞[]2\,;\,+\infty[.

    Sur cet intervalle, ln⁡x+ln⁡(x−2)=ln⁡(x(x−2))\ln x+\ln(x-2)=\ln\big(x(x-2)\big). L’équation devient ln⁡(x(x−2))=ln⁡3\ln\big(x(x-2)\big)=\ln 3, soit x2−2x=3x^2-2x=3.

    x2−2x−3=0  ⟺  (x−3)(x+1)=0  ⟺  x=3 ou x=−1\begin{aligned}x^2-2x-3=0&\iff(x-3)(x+1)=0\\&\iff x=3\ \text{ou}\ x=-1\end{aligned}

    −1-1 n’est pas dans ]2 ; +∞[]2\,;\,+\infty[ : on l’écarte. Vérification : ln⁡3+ln⁡1=ln⁡3\ln 3+\ln 1=\ln 3. L’unique solution est x=3x=3.

  2. Exemple 2

    Étudier f(x)=x2−8ln⁡xf(x)=x^2-8\ln x

    Soit ff la fonction définie sur ]0 ; +∞[]0\,;\,+\infty[ par f(x)=x2−8ln⁡xf(x)=x^2-8\ln x. Étudie ses variations et ses limites, puis donne son minimum.

    Solution

    f′(x)=2x−8x=2x2−8x=2(x−2)(x+2)xf'(x)=2x-\dfrac{8}{x}=\dfrac{2x^2-8}{x}=\dfrac{2(x-2)(x+2)}{x}

    Sur ]0 ; +∞[]0\,;\,+\infty[, x>0x>0 et x+2>0x+2>0 : f′(x)f'(x) a le signe de x−2x-2. La fonction ff est décroissante sur ]0 ; 2]]0\,;\,2] et croissante sur [2 ; +∞[[2\,;\,+\infty[. Son minimum est f(2)=4−8ln⁡2≈−1,55f(2)=4-8\ln 2\approx-1{,}55.

    En 00 : x2x^2 tend vers 00 et −8ln⁡x-8\ln x vers +∞+\infty, donc f(x)f(x) tend vers +∞+\infty.

    En +∞+\infty : on factorise, f(x)=x2(1−8 ln⁡xx2)f(x)=x^2\left(1-8\,\dfrac{\ln x}{x^2}\right). Par croissance comparée, ln⁡xx2\dfrac{\ln x}{x^2} tend vers 00, donc f(x)f(x) tend vers +∞+\infty.

Exercices corrigés

Cinq exercices corrigés

Cherche d’abord sur une feuille, puis ouvre le corrigé. Chaque résultat a été vérifié.

  1. Exercice 1

    Revenir à la définition

    Résous chaque équation et donne la valeur exacte de la solution.

    1. ex=7e^x=7
    2. ln⁡x=−1\ln x=-1
    3. ln⁡(3x−2)=0\ln(3x-2)=0
    4. e2x+1=3e^{2x+1}=3
    Voir le corrigé
    1. 7>07>0, donc x=ln⁡7≈1,95x=\ln 7\approx1{,}95.
    2. x=e−1=1e≈0,37x=e^{-1}=\dfrac{1}{e}\approx0{,}37, qui est bien strictement positif.
    3. Il faut 3x−2>03x-2>0, soit x>23x>\dfrac{2}{3}. Ensuite, ln⁡(3x−2)=0\ln(3x-2)=0 équivaut à 3x−2=13x-2=1, soit x=1x=1, qui convient.
    4. 2x+1=ln⁡32x+1=\ln 3, donc x=ln⁡3−12≈0,05x=\dfrac{\ln 3-1}{2}\approx0{,}05.
  2. Exercice 2

    Tout écrire avec ln⁡2\ln 2 et ln⁡3\ln 3

    Écris chaque nombre en fonction de ln⁡2\ln 2 et de ln⁡3\ln 3.

    1. ln⁡6\ln 6
    2. ln⁡18\ln 18
    3. ln⁡(427)\ln\left(\dfrac{4}{27}\right)
    4. ln⁡12\ln\sqrt{12}
    Voir le corrigé
    1. ln⁡6=ln⁡(2×3)=ln⁡2+ln⁡3\ln 6=\ln(2\times3)=\ln 2+\ln 3.
    2. ln⁡18=ln⁡(2×32)=ln⁡2+2ln⁡3\ln 18=\ln(2\times3^2)=\ln 2+2\ln 3.
    3. ln⁡(427)=ln⁡(22)−ln⁡(33)\ln\left(\dfrac{4}{27}\right)=\ln(2^2)-\ln(3^3), donc ln⁡(427)=2ln⁡2−3ln⁡3\ln\left(\dfrac{4}{27}\right)=2\ln 2-3\ln 3.
    4. ln⁡12=12ln⁡12\ln\sqrt{12}=\dfrac{1}{2}\ln 12 et ln⁡12=2ln⁡2+ln⁡3\ln 12=2\ln 2+\ln 3, donc ln⁡12=ln⁡2+12ln⁡3\ln\sqrt{12}=\ln 2+\dfrac{1}{2}\ln 3.
  3. Exercice 3

    Deux inéquations

    1. Résous l’inéquation ln⁡x<2\ln x<2.
    2. Résous l’inéquation ln⁡(3−x)≥ln⁡(2x)\ln(3-x)\ge\ln(2x).
    Voir le corrigé
    1. ln⁡x\ln x existe pour x>0x>0. Comme 2=ln⁡(e2)2=\ln(e^2) et que ln⁡\ln est strictement croissante, ln⁡x<2  ⟺  x<e2\ln x<2\iff x<e^2. Ensemble des solutions : ]0 ; e2[]0\,;\,e^2[, avec e2≈7,39e^2\approx7{,}39.
    2. Il faut 3−x>03-x>0 et 2x>02x>0, soit 0<x<30<x<3. Sur ]0 ; 3[]0\,;\,3[, l’inéquation ln⁡(3−x)≥ln⁡(2x)\ln(3-x)\ge\ln(2x) équivaut à 3−x≥2x3-x\ge2x, soit x≤1x\le1. Ensemble des solutions : ]0 ; 1]]0\,;\,1].
  4. Exercice 4

    Étude complète de xln⁡xx\ln x

    Soit ff la fonction définie sur ]0 ; +∞[]0\,;\,+\infty[ par f(x)=xln⁡xf(x)=x\ln x.

    1. Calcule f′(x)f'(x) et donne les variations de ff.
    2. Donne les limites de ff en 00 et en +∞+\infty.
    3. Calcule f′′(x)f''(x), puis montre que xln⁡x≥x−1x\ln x\ge x-1 pour tout x>0x>0.
    Voir le corrigé
    1. Dérivée d’un produit : f′(x)=1×ln⁡x+x×1x=ln⁡x+1f'(x)=1\times\ln x+x\times\dfrac{1}{x}=\ln x+1. Et f′(x)>0  ⟺  ln⁡x>−1  ⟺  x>e−1f'(x)>0\iff\ln x>-1\iff x>e^{-1}. Donc ff est décroissante sur ]0 ; e−1]]0\,;\,e^{-1}] et croissante sur [e−1 ; +∞[[e^{-1}\,;\,+\infty[, avec pour minimum f(e−1)=−e−1≈−0,37f(e^{-1})=-e^{-1}\approx-0{,}37.
    2. En 00, xln⁡xx\ln x tend vers 00 (limite démontrée en cours). En +∞+\infty, xx et ln⁡x\ln x tendent vers +∞+\infty, donc f(x)f(x) tend vers +∞+\infty.
    3. f′′(x)=1x>0f''(x)=\dfrac{1}{x}>0 : ff est convexe sur ]0 ; +∞[]0\,;\,+\infty[. Sa tangente en 11 a pour équation y=f′(1)(x−1)+f(1)y=f'(1)(x-1)+f(1), soit y=x−1y=x-1. Une courbe convexe est au-dessus de ses tangentes, donc xln⁡x≥x−1x\ln x\ge x-1 pour tout x>0x>0.
  5. Exercice 5

    Un médicament qui s’élimine

    Un patient reçoit 5050 mg d’un médicament. Chaque heure, la quantité présente dans son sang diminue de 20 %20\,\%. On note qnq_n la quantité, en mg, au bout de nn heures.

    1. Exprime qnq_n en fonction de nn.
    2. Au bout de combien d’heures entières reste-t-il moins de 11 mg ?
    Voir le corrigé
    1. Diminuer de 20 %20\,\% revient à multiplier par 0,80{,}8 : la suite (qn)(q_n) est géométrique de raison 0,80{,}8 et qn=50×0,8nq_n=50\times0{,}8^n.
    2. 50×0,8n<150\times0{,}8^n<1 équivaut à 0,8n<0,020{,}8^n<0{,}02, puis à nln⁡0,8<ln⁡0,02n\ln 0{,}8<\ln 0{,}02, car ln⁡\ln est strictement croissante. Comme ln⁡0,8<0\ln 0{,}8<0, diviser par ln⁡0,8\ln 0{,}8 change le sens : n>ln⁡0,02ln⁡0,8≈17,53n>\dfrac{\ln 0{,}02}{\ln 0{,}8}\approx17{,}53. Il reste moins de 11 mg à partir de 1818 heures : q17≈1,13q_{17}\approx1{,}13 et q18≈0,90q_{18}\approx0{,}90.

Erreurs fréquentes

Les pièges à éviter

La plupart des erreurs viennent d’une règle inventée ou d’un ensemble de validité oublié.

  • Inventer une règle pour ln⁡(a+b)\ln(a+b)

    ln⁡(a+b)\ln(a+b) ne se simplifie pas. Par exemple ln⁡(1+1)=ln⁡2≈0,69\ln(1+1)=\ln 2\approx0{,}69, alors que ln⁡1+ln⁡1=0\ln 1+\ln 1=0.

  • Oublier l’ensemble de validité

    Pour ln⁡x+ln⁡(x−2)=ln⁡3\ln x+\ln(x-2)=\ln 3, le calcul donne 33 et −1-1, mais −1-1 rend les logarithmes impossibles. Cherche toujours d’abord où l’équation a un sens.

  • Confondre (ln⁡x)2(\ln x)^2 et ln⁡(x2)\ln(x^2)

    ln⁡(x2)=2ln⁡x\ln(x^2)=2\ln x pour x>0x>0, mais (ln⁡x)2(\ln x)^2 est le carré du nombre ln⁡x\ln x : pour x=ex=e, (ln⁡e)2=1(\ln e)^2=1 alors que 2ln⁡e=22\ln e=2.

  • Diviser par un logarithme négatif

    ln⁡0,8<0\ln 0{,}8<0 : dans nln⁡0,8<ln⁡0,02n\ln 0{,}8<\ln 0{,}02, diviser par ln⁡0,8\ln 0{,}8 change le sens de l’inégalité.

  • Dériver ln⁡(u)\ln(u) en 1u\frac{1}{u}

    La dérivée de ln⁡(u)\ln(u) est u′u\dfrac{u'}{u} : pour ln⁡(x2+1)\ln(x^2+1), on trouve 2xx2+1\dfrac{2x}{x^2+1}, et non 1x2+1\dfrac{1}{x^2+1}.

  • Croire que ln⁡0=0\ln 0=0

    ln⁡0\ln 0 n’existe pas, car aucune puissance de ee ne vaut 00. C’est ln⁡1\ln 1 qui vaut 00.

Dans Mathflow

Ce chapitre dans Mathflow

Six séries, une par compétence, et chacune en trois niveaux : tu manipules, tu expliques, puis tu raisonnes.

Dans les séries, le logarithme se manipule : tu places les points de la courbe de ln⁡\ln par symétrie avec celle de exp⁡\exp, tu fais glisser la réglette d’une règle à calcul, tu empiles des blocs ln⁡2\ln 2. Au niveau 2, tu tranches des débats « Qui a raison ? » et tu cherches la première ligne fausse d’une copie. Au niveau 3, tu calcules, tu résous et tu étudies des fonctions, avec Alphi, le coach IA, quand un indice t’aide à repartir.

  1. 1Comprendre la définition de la fonction logarithme népérien

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu places un point dont le symétrique par rapport à y=xy=x tombe sur l’axe des abscisses, tu places ln⁡(3)\ln(3) sur l’axe, tu encadres ln⁡(50)\ln(50) et tu cherches l’année où un capital 1000e0,05t1000e^{0{,}05t} dépasse 20002000 €.

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu complètes la définition, tu départages deux élèves au sujet de ln⁡(0)\ln(0) et tu trouves la première ligne fausse d’une résolution de e2x=10e^{2x}=10.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu calcules ln⁡(e4)+eln⁡3\ln(e^4)+e^{\ln 3}, tu résous ex=0,2e^x=0{,}2 ou e2x−1=5e^{2x-1}=5, et tu modélises une population ou la concentration d’un médicament.

  2. 2Utiliser les propriétés algébriques du logarithme

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu fais glisser une réglette pour multiplier, tu empiles des blocs ln⁡2\ln 2 jusqu’à ln⁡8\ln 8 et tu règles kk pour que kln⁡xk\ln x recouvre ln⁡(1x2)\ln\left(\frac{1}{x^2}\right).

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu complètes la démonstration de la règle du quotient, tu repères l’erreur de qui écrit (ln⁡x)2=2ln⁡x(\ln x)^2=2\ln x et tu associes des expressions à un seul logarithme.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu écris ln⁡12−ln⁡3+ln⁡5\ln 12-\ln 3+\ln 5 sous la forme ln⁡A\ln A, tu trouves aa et bb tels que ln⁡89=aln⁡2+bln⁡3\ln\frac{8}{9}=a\ln 2+b\ln 3 et tu approches ln⁡(0,8)\ln(0{,}8) sans la touche ln⁡\ln.

  3. 3Résoudre des équations et inéquations logarithmiques

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu construis l’ensemble où ln⁡(5−x)\ln(5-x) existe, tu places la solution de ln⁡(x2−4)=ln⁡(3x)\ln(x^2-4)=\ln(3x) et tu construis l’ensemble des solutions de ln⁡(x+1)≥ln⁡(5−x)\ln(x+1)\ge\ln(5-x).

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu complètes la méthode pour ln⁡(u(x))=ln⁡(v(x))\ln(u(x))=\ln(v(x)), tu tranches des débats et tu trouves la première ligne fausse d’une copie.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu résous des équations comme ln⁡(x+1)+ln⁡(x−1)=ln⁡8\ln(x+1)+\ln(x-1)=\ln 8, tu cherches le plus petit entier nn tel que ln⁡(2n−3)>2\ln(2n-3)>2 et tu calcules quand un arbre atteint 55 m.

  4. 4Étudier une fonction comportant des logarithmes

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu places le point de la courbe de ln⁡\ln où la tangente a pour pente 22, tu règles kk pour que x−kln⁡xx-k\ln x atteigne son minimum en 33 et tu complètes un tableau de signes.

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu départages deux élèves sur l’ensemble de définition de ln⁡(xx−2)\ln\left(\frac{x}{x-2}\right) ou la dérivée de x2ln⁡xx^2\ln x, puis tu trouves l’erreur d’une étude de variations.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu calcules f′(1)f'(1) ou f′(e)f'(e), tu trouves une asymptote verticale et tu dresses le tableau de variations complet de ln⁡(x2−4x+8)\ln(x^2-4x+8).

  5. 5Étudier la concavité d’une fonction logarithmique

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu touches les fonctions concaves, tu places une droite qui ne passe jamais au-dessus de la courbe de xln⁡xx\ln x et tu trouves le point d’inflexion de (ln⁡x)2(\ln x)^2.

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu complètes le calcul de f′′f'' pour xln⁡xx\ln x, tu départages deux élèves sur la convexité de ln⁡\ln et tu interprètes un rendement agricole dont la dérivée seconde est négative.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu calcules des dérivées secondes, tu cherches où xln⁡x−2x2x\ln x-2x^2 est concave et tu trouves le point d’inflexion de la courbe de ln⁡xx\frac{\ln x}{x}.

  6. 6Comparer la croissance du logarithme à celle d’autres fonctions

    • Niveau 1 · Manipuler

      Tu multiplies xx par 1010 jusqu’à ce que ln⁡xx\frac{\ln x}{x} passe sous 0,0010{,}001, tu ranges des fonctions selon leur vitesse de croissance et tu places la limite de xln⁡xx\ln x en 00.

    • Niveau 2 · Expliquer

      Tu complètes l’énoncé des croissances comparées, tu remets dans l’ordre une démonstration et tu tranches entre xx et 100ln⁡x100\ln x pour xx très grand.

    • Niveau 3 · Raisonner

      Tu lèves des formes indéterminées comme 5ln⁡xx2\frac{5\ln x}{x^2} ou x−3ln⁡xx-3\ln x et tu compares deux algorithmes qui font nln⁡nn\ln n et n2n^2 opérations.

Questions fréquentes

C’est quoi le logarithme népérien ?

Pour un réel x>0x>0, ln⁡x\ln x est le nombre yy tel que ey=xe^y=x : c’est l’exposant qu’il faut donner à ee pour obtenir xx. La fonction ln⁡\ln est la réciproque de la fonction exponentielle.

Pourquoi ln n’est-il défini que pour les nombres strictement positifs ?

Parce que eye^y est toujours strictement positif : il n’existe aucun réel yy tel que ey=0e^y=0 ou ey=−3e^y=-3. On ne peut donc calculer ln⁡x\ln x que pour x>0x>0.

Comment résoudre une équation avec des ln ?

On cherche d’abord les valeurs de xx pour lesquelles chaque logarithme existe. On se ramène ensuite à ln⁡A=ln⁡B\ln A=\ln B ou à ln⁡A=k\ln A=k, puis on utilise ln⁡A=ln⁡B  ⟺  A=B\ln A=\ln B\iff A=B ou ln⁡A=k  ⟺  A=ek\ln A=k\iff A=e^k. On ne garde que les solutions de l’ensemble de départ.

Quelle est la dérivée de ln(u) ?

Si uu est dérivable et strictement positive sur un intervalle, (ln⁡u)′=u′u(\ln u)'=\dfrac{u'}{u}. Par exemple, la dérivée de ln⁡(x2+1)\ln(x^2+1) est 2xx2+1\dfrac{2x}{x^2+1}.

Quelle est la limite de ln(x)/x en plus l’infini ?

Elle vaut 00 : c’est une croissance comparée du cours. ln⁡x\ln x tend vers +∞+\infty, mais beaucoup moins vite que xx. De même, xln⁡xx\ln x tend vers 00 quand xx tend vers 00.

Pour aller plus loin

Le logarithme s’appuie sur la fonction exponentielle de Première : revois-la si la relation ea+b=ea×ebe^{a+b}=e^a\times e^b n’est plus automatique. Ses limites complètent la page limites de fonctions en Terminale, et sa concavité s’étudie avec les outils de la page convexité en Terminale. Il sert aussi à calculer des intégrales, puisque ln⁡\ln est une primitive de x↦1xx\mapsto\dfrac{1}{x} pour x>0x>0 : voir le calcul intégral. Tous les chapitres sont sur la page maths de la 6e à la Terminale.

Les maths, c’est une question de flow.

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