Mathématiques : 2Bac SMA-SMB

Séance 4-1-1 : Fonctions logarithmiques - Partie 1 (Cours)

 

 

Professeur : Mr CHEDDADI Haitam

 

Sommaire

 

I- Fonction logarithme népérien

1-1/ Définition de la fonction ln

1-2/ Monotonie de la fonction ln

1-3/ Propriétés algébriques

1-4/ Limites usuelles

1-5/ Tableau de variations de la fonction ln

1-6/ Courbe de la fonction ln

1-7/ Limites fondamentales

1-8/ Dérivée logarithmique

 


I- Fonction logarithme népérien

 

1-1/ Définition de la fonction ln

Définition 1

La primitive de la fonction x1x sur ]0;+[ et qui s'annule en 1 est appelée la fonction logarithme népérienne.

On la note ln.

Remarques

Le domaine de définition de la fonction ln est ]0;+[, et ln(1)=0.

La fonction ln est dérivable sur ]0;+[ et de plus :

x]0;+[ ln'x=1x

On rappelle que toute fonction continue sur un intervalle admet une primitive d éfinie sur cet intervalle.

 

 

Applications

Déterminer le domaine de définition de chacune des fonctions suivantes :

fx=lnx+4-ln25-x2gx=lnx2-8x+7

 

I- Fonction logarithme népérien

 

1-2/ Monotonie de la fonction ln

Proposition 1

La fonction ln est strictement croissante sur ]0;+[.

On a alors :

Pour tout x,y]0;+[2 :

lnx<lnyx<y et lnx=lnyx=y

Pour tout x]0;+[ :

lnx=0x=1 et lnx>0x>1 et lnx<0x<1

 

 

Applications
  1. Résoudre dans  les équations et les inéquations suivantes :

1 ln2x-3=ln4-x2 lnx2+x=ln-2x-23 ln3x2+4x+2=04 ln4x-5>ln2x+3

 

 

 

1-3/ Propriétés algébriques

Proposition 2

Pour deux réels strictement positifs x et y on a : lnxy=lnx+lny (Propriété fondamentale)

De cette propriété fondamentale on peut déduire les propriétés algébriques de la Proposition 3.

 

 

Proposition 3

1- Pour tout réel strictement positif x, on a : ln1x=-lnx

2- Pour tout x,y]0;+[2, on a : lnxy=lnx-lny

3- Pour tout n*, et pour tous réels strictement positifs x1,x2,....,xn, on a :

lnx1x2,....xn=lnx1+lnx2+...+lnxn

C'est-à-dire : 

lnk=1nxk=k=1nlnxk

4- Pour tout x]0;+[, et pour tout r, on a : lnxr=rlnx

 

 

Remarques

1- Soit a et b deux réels strictement négatifs.

On a alors ab>0 et ab>0.

11 s'ensuit donc : lnab=lna+lnb et lnab=lna-lnb

2- On a pour tout x]0;+[ et pour tout entier n2

lnx=12lnx et lnxn=1nlnx

 

 

1-4/ Limites usuelles

Proposition 4

limx+lnx=+limx0+lnx=-

 

 

1-5/ Tableau de variations de la fonction ln

Proposition 5

La fonction ln est une bijection de l'intervalle ]0;+[ vers .

L'équation ln(x)=1 admet une unique solution dans ]0;+[. On la note e :

lnx=1x=e

Remarques

À l’aide de la calculatrice, on trouve comme valeur approchée de e : 2,718281828

On a pour tout r : lner=r

 

 

1-6/ Courbe de la fonction ln

Proposition 6

Soit C la courbe représentative de la fonction ln dans un repère orthonormé. Alors :

La courbe C admet l'axe des ordonnées comme asymptote.

La courbe C admet une branche parabolique de direction l'axe des abscisses : limx+lnxx=0

La courbe C est concave sur ]0;+[.

 

 

1-7/ Limites fondamentales

Proposition 7

On a :

limx0+xlnx=0  ;  limx1lnxx-1=1  ;  limx0ln1+xx=1

On a pour tout r+* :

 limx+lnxxr=0    ;    limx0+xrlnx=0

 

 

Applications

Calculer les limites suivantes :

1 limx0+x3lnx=2 limx0+lnxx5=3 limx+xlnx-1x+1=4 limx+lnx2017+x+1x=5 limx0+lnxlnx+3= 6 limx-x2ln1+4x2=7 limx+lnxlnx2-1=8 limx32xx-3lnx3=9 limx+lnx2+36xx+17=

 

 

1-8/ Dérivée logarithmique

Proposition 8

Soit u une fonction dérivable sur un intervalle I de  telle que xI , ux0.

Alors la fonction xlnux est dérivable sur I, et on a : lnux'=u'xux

 

 

Applications

Déterminer les dérivées des fonctions suivantes :

1 fx=lnlnx2 gx=x.lnx-233 hx=lncosx4 kx=ln12-lnx

 

 

Définition 2

Soit u une fonction dérivable sur un intervalle I telle que xI , ux0.

La fonction u'u est appelée la dérivée logarithmique de la fonction u sur l'intervalle I.

 

 

Proposition 9

Soit u une fonction dérivable sur un intervalle I telle que xI , ux0.

Les primitives de la fonction xu'xux sur I sont les fonctions xlnux+λ avec λ.

 

 

Applications

       Dans chacun des cas suivants, déterminer les primitives de la fonction f sur l’intervalle I :

1 fx=sin2x5+sin2x   ;   I=2 fx=x-3x2-6x   ;   I=-*3 fx=lnxxln2x-1   ;   I=]e;+[4 fx=5x+72x-4   ;   I=]2;+[