Cours PCSI 2
Lyc´ee Joffre
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FONCTIONS USUELLES
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1 fonctions polynomiales et rationnelles
fonction polynomiale :
une fonction polynomiale sur Rest une fonction fpour laquelle il existe un entier
naturel d, des r´eels a0, a1,··· , adtels que :
xR, f(x) =
d
X
k=0
akxk
la limite d’une fonction polynomiale en +ou −∞ est la limite de son terme dominant,
i.e son terme de plus haut degr´e ( on le met en facteur).
expression des d´eriv´ees :
une fonction polynomiale est Dsur Ret ses d´eriv´ees sont des fonctions polynomiales.
Plus pr´ecis´ement :
si f:x
d
X
k=0
akxkalors f0:x
d
X
k=1
kakxk1
et plus g´en´eralement :
j0; d , f(j):x
d
X
k=j
k!
(kj)!akxkj
j>d+ 1, f(j):x0
fonction rationnelle :
une fonction rationnelle est une fonction qui est le quotient de deux fonctions po-
lynomiales, d´efinie sur une partie de R( en les points o`u le d´enominateur ne s’annule
pas).
une fonction rationnelle est Dsur son domaine et ses d´eriv´ees sont des fonctions ra-
tionnelles sur le mˆeme domaine.
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2 exponentielle et logarithme
2.1 logarithme n´ep´erien
efinition :
la fonction ln ( logarithme n´ep´erien) est par d´efinition l’unique primitive sur ]0,+[, qui
s’annule en 1, de la fonction x1/x.
- la fonction ln est strictement croissante.
- la fonction ln est Dsur R
+et ses d´eriv´ees multiples se d´eduisent de celles de xx1.
propri´et´es fonctionnelles :
x, y ]0,+[,ln(xy) = ln(x) + ln(y)
x]0,+[,nZ,ln(xn) = nln(x)
limites remarquables :
ln(x)
x++et ln(x)
x0−∞
ln(1 + t)
t
t01
- limite classique, que l’on peut retenir avec la d´efinition de la d´eriv´ee en 1 de ln en 1.
in´egalit´es `a conna^ıtre :
in´egalit´e classique qui traduit le fait que la courbe est en dessous de la tangente en 1 :
t > 1,ln(1 + t)6t
la mˆeme apr`es le changement de variable x= 1 + t:
x > 0,ln(x)6x1
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2.2 exponentielle
definition :
la fonction exp ( exponentielle ) est la r´eciproque de ln. Elle est d´efinie sur R, est `a valeurs
dans ]0,+[.
- la fonction exp est strictement croissante.
expression de ses d´eriv´ees :
la fonction exp est Dsur Ret : kN,exp(k)= exp.
propri´et´es fonctionnelles :
a, b R,exp(a+b) = exp(a) exp(b) et exp(ab) = exp(a)
exp(b)
xR,nZ,(exp(x))n= exp(nx)
limites `a conna^ıtre :
exp(x)
x++et exp(x)
x→−∞ 0
- une limite classique, que l’on peut retenir avec la d´efinition de la d´eriv´ee en 0 de exp :
exp(t)1
t
t01
in´egalit´e `a conna^ıtre :
une in´egalit´e classique qui traduit le fait que la courbe est au dessus de la tangente en 0 :
tR,exp(t)>1 + t
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2.3 exposants r´eels
efinition :
on d´efinit pour deux r´eels xet yo`u x > 0, xypar :
x > 0,yR, xy= exp(yln(x))
- ainsi, comme on note e= exp(1), on a xR, ex= exp(x).
formules classiques :
x, t > 0,y, y0R,(xt)y=xyty; (xy)y0=xyy0;xy+y0=xyxy0
2.4 fonctions puissances :
fonctions puissances :
ce sont les fonctions xxa, o`u aest un r´eel fixe, d´efinies sur ]0,+[.
- on retrouve parmi ces fonctions puissances, la fonction carr´e xx2, la fonction racine
carr´ee xx1/2, mais aussi la fonction inverse x1/x =x1, ainsi que la fonction
x1/x=x1/2.
- si a > 0, on peut prolonger la fonction puissance xxapar continuit´e en 0, en posant
0a= 0.
monotonie et limites :
- si a > 0, la fonction xxaest strictement croissante et tend vers +en +.
- si a < 0, la fonction xxaest strictement d´ecroissante et tend vers +en 0 et vers 0
en +.
expression des d´eriv´ees :
- les fonctions puissances sont Dsur ]0,+[.
- Attention : la d´erivabilit´e en 0, de mˆeme que la kfois d´erivabilit´e en 0 d´epend de la
valeur de aet n´ecessite une ´etude pr´ecise.
si f:xxaalors f0:xaxa1
Qui se g´en´eralise comme suit :
kN, f(k):xa(a1) ···(ak+ 1)xak
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2.5 autres exponentielles et logarithmes :
fonctions exponentielles de base b:
ce sont les fonctions d´efinies sur Rpar : tR, bt=etln(b)( o`u best un r´eel >0) .
fonctions logarithmes de base α:
ce sont les fonctions d´efinies sur ]0,+[ par : x > 0,logα(x) = ln(x)
ln(α)( o`u αest un r´eel
>0).
r`egle d’or :
avec les fonctions pr´esentant un exposant d´ependant de la variable, on ” passe `a l’ex-
ponentielle” :
u(x)v(x)= exp(v(x) ln(u(x)))
2.6 comparaison asymptotique
comparaison en 0et +des puissances positives de xet de ln(x) :
a, b > 0, xa|ln(x)|b
x00 et (ln(x))b
xa
x+0
comparaison en +des puissances positives de xet exp(x):
a, b > 0,ebx
xa
x++
Attention : pas de conclusion hˆative, si vous n’ˆetes pas dans ce cadre l`a. Par exemple,
l’´etude de la limite de xex2en +n´ecessite un changement de variable ( ici y=x2) ou
l’´etude de la limite du ln de cette expression ( ici de ln(x)x2en +).
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