2. D´
EFINITION ET ´
ETUDE DES FONCTIONS LOGARITHMES 373
x, y ∈R∗+,f(xy) = f(x)+f(y). La relation (L) est v´erifi´ee et, f´etant d´erivable, fest continue
en un point.
La proposition pr´ec´edente entraine que l’´equation fonctionnelle (L) admet comme ensemble
de solutions continues en un point toutes les application x∈R∗
+→kZx
1
dt
t,k∈R. Toutes les
solutions de (L) continues en un point sont d´erivables. On a donc trouv´e toutes les solutions
continues de (L) `a l’aide du th´eor`eme affirmant que toute fonction continue sur un intervalle
admet une primitive.
2. D´efinition et ´etude des fonctions logarithmes
D´
efinition 34.1.Les fonctions diff´erentes de la fonction nulle et qui v´erifient les conditions
´equivalentes 1) et 2) de la proposition pr´ec´edente sont appel´ees les fonctions logarithmes.
Si pour une fonction logarithme f, on a f0(x) = k
x, alors la condition f(1) = 0 entraine que
f(x) = kZx
1
1
tdt.
Toutes les fonctions logarithmes sont donc proportionnelles `a l’une d’entre elles. Celle qui est
obtenue en prenant k= 1 est appel´ee fonction logarithme n´ep´erien et not´ee ln. On a pour
x > 0,
ln(x) = Zx
1
1
tdt.
2.1. Etude de la fonction logarithme n´ep´erien.
Th´
eor`
eme 34.1.La fonction logarithme n´ep´erien est une bijection strictement croissante
et ind´efiniment d´erivable de R∗
+sur R. C’est une application strictement concave.
Preuve. Par d´efiniton, la fonction logarithme n´ep´erien est d´erivable sur R∗
+avec (ln)0(x) = 1
x.
Elle est donc strictement croissante et ind´efiniment d´erivable. Le fait que son image soit Rva
r´esulter de la partie 2) de la proposition suivante qui donne quelques limites li´ees `a cette fonction.
On peut aussi dire que l’image de cette application est `a la fois un intervalle (c’est une application
continue) et un sous groupe additif de R(c’est un homomorphisme). Son image est donc Rsi
l’on sait que les sous groupes de Rsont discrets ou partout denses.
Comme ln00(x) = −1
x2<0, la fonction logarithme n´ep´erien est strictement concave sur R∗
+.
Proposition 34.2.(1) Pour tout x > 0,ln x≤x−1avec ln x=x−1si et seulement
si x= 1. Pour x > 1, on a de plus x−1
x<ln x.
(2) lim
x→+∞ln x= +∞et lim
x→0ln x=−∞.
(3) lim
x→+∞
ln x
x= 0 et lim
x→0xln x= 0.
(4) lim
x→0
ln(1 + x)
x= 1 . Autrement dit, au voisinage de 0, ln(1 + x)∼x.