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Cours · 1ère (spé maths)

Fonctions exponentielle et logarithme

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Exponentielle

Non commencé

Définitions

La fonction exponentielle xexx\mapsto\mathrm{e}^{x} est l'unique fonction dérivable égale à sa dérivée et valant 11 en 00. Elle est définie sur R\mathbb{R}, strictement croissante, à valeurs dans ]0;+[]0;+\infty[.

Règles : ea+b=eaeb\mathrm{e}^{a+b}=\mathrm{e}^{a}\mathrm{e}^{b}, e0=1\mathrm{e}^{0}=1, ex=1/ex\mathrm{e}^{-x}=1/\mathrm{e}^{x}.

Pourquoi ça marche : une fonction associe à chaque xx (du domaine) au plus une image f(x)f(x). Étudier variations, dérivée ou limites, c’est décrire comment f(x)f(x) évolue ; suites et exponentielle/logarithme sont des modèles privilégiés au lycée.

Formules

  • (ex)=ex(\mathrm{e}^{x})' = \mathrm{e}^{x}
  • ea+b=eaeb\mathrm{e}^{a+b}=\mathrm{e}^{a}\mathrm{e}^{b}
  • e0=1,ex>0\mathrm{e}^{0}=1,\quad \mathrm{e}^{x}>0
  • limx+ex=+,limxex=0\lim_{x\to+\infty}\mathrm{e}^{x}=+\infty,\quad \lim_{x\to-\infty}\mathrm{e}^{x}=0

Exemples

Exemple 1

Calcule e0\mathrm{e}^{0}.

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : Par définition / propriété : e0=1\mathrm{e}^{0}=1.

Étape 3 : conclure avec 11.

Résultat

11

Exemple 2

Simplifie ex×e2x\mathrm{e}^{x}\times\mathrm{e}^{2x}.

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : exe2x=ex+2x=e3x\mathrm{e}^{x}\mathrm{e}^{2x}=\mathrm{e}^{x+2x}=\mathrm{e}^{3x}.

Étape 3 : conclure avec e3x\mathrm{e}^{3x}.

Résultat

e3x\mathrm{e}^{3x}

À retenir

Logarithme

Non commencé

Définitions

Le logarithme népérien ln\ln est la bijection réciproque de l'exponentielle : défini sur ]0;+[]0;+\infty[, ln(ex)=x\ln(\mathrm{e}^{x})=x et elnx=x\mathrm{e}^{\ln x}=x.

Propriétés : ln(ab)=lna+lnb\ln(ab)=\ln a+\ln b, ln(a/b)=lnalnb\ln(a/b)=\ln a-\ln b, (lnx)=1/x(\ln x)'=1/x.

Pourquoi ça marche : une fonction associe à chaque xx (du domaine) au plus une image f(x)f(x). Étudier variations, dérivée ou limites, c’est décrire comment f(x)f(x) évolue ; suites et exponentielle/logarithme sont des modèles privilégiés au lycée.

Formules

  • ln(ex)=x,elnx=x (x>0)\ln(\mathrm{e}^{x})=x,\quad \mathrm{e}^{\ln x}=x\ (x>0)
  • ln(ab)=lna+lnb\ln(ab)=\ln a+\ln b
  • (lnx)=1x(\ln x)'=\frac{1}{x}
  • ln1=0,lne=1\ln 1=0,\quad \ln\mathrm{e}=1

Exemples

Exemple 1

Calcule ln(1)\ln(1) et ln(e)\ln(\mathrm{e}).

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : ln1=0\ln 1=0 car e0=1\mathrm{e}^{0}=1 ; lne=1\ln\mathrm{e}=1 car e1=e\mathrm{e}^{1}=\mathrm{e}.

Étape 3 : conclure avec 00 et 11.

Résultat

00 et 11

Exemple 2

Simplifie lna+lnb\ln a + \ln b (a,b>0a,b>0).

Méthode

On lit l’énoncé : Simplifie lna+lnb\ln a + \ln b (a,b>0a,b>0). On mobilise la relation utile de la fiche (notamment ln(ex)=x,elnx=x (x>0)\ln(\mathrm{e}^{x})=x,\quad \mathrm{e}^{\ln x}=x\ (x>0)). On calcule soigneusement jusqu’à ln(ab)\ln(ab), puis on vérifie l’ordre de grandeur.

Résultat

ln(ab)\ln(ab)

À retenir

Équations

Non commencé

Définitions

Pour résoudre des équations avec ex\mathrm{e}^{x} ou ln\ln, on utilise la bijectivité : eA=eBA=B\mathrm{e}^{A}=\mathrm{e}^{B}\Leftrightarrow A=B et lnA=lnBA=B\ln A=\ln B\Leftrightarrow A=B (si A,B>0A,B>0).

On peut aussi poser X=exX=\mathrm{e}^{x} pour se ramener à une équation algébrique.

Pourquoi ça marche : une égalité reste vraie si l’on applique la même opération aux deux membres. Factoriser ou utiliser le discriminant transforme l’équation en produit / formule dont on lit les solutions.

Formules

  • eA=eBA=B\mathrm{e}^{A}=\mathrm{e}^{B}\Leftrightarrow A=B
  • lnA=lnBA=B (A,B>0)\ln A=\ln B\Leftrightarrow A=B\ (A,B>0)
  • lnx=ax=ea\ln x = a \Leftrightarrow x=\mathrm{e}^{a}
  • ex=a (a>0)x=lna\mathrm{e}^{x}=a\ (a>0)\Leftrightarrow x=\ln a

Exemples

Exemple 1

Résous ex=1\mathrm{e}^{x}=1.

Méthode

Étape 1 : repérer les données.

Étape 2 : ex=e0x=0\mathrm{e}^{x}=\mathrm{e}^{0}\Leftrightarrow x=0.

Étape 3 : conclure avec x=0x=0.

Résultat

x=0x=0

Exemple 2

Résous lnx=2\ln x = 2.

Méthode

On lit l’énoncé : Résous lnx=2\ln x = 2. On mobilise la relation utile de la fiche (notamment eA=eBA=B\mathrm{e}^{A}=\mathrm{e}^{B}\Leftrightarrow A=B). On calcule soigneusement jusqu’à x=e2x=\mathrm{e}^{2}, puis on vérifie l’ordre de grandeur.

Résultat

x=e2x=\mathrm{e}^{2}

À retenir