5. FONCTIONS LOGARITHMES, EXPONENTIELLES,
HYPERBOLIQUES ET HYPERBOLIQUES
RECIPROQUES.
1. Fonction logarithme népérien.
1.1. Définition.
La fonction logarithme népérien, notée ln , est la primitive sur 0,+∞
] [
qui s'annule pour
x=1
de la fonction
xa1
x
.
Soit pour x 0, +∞
] [
lnx =dt
t
1
x
.
1.2. Premières propriétés.
ln1 =0
La fonction logarithme est dérivable sur 0,+∞
] [
et (lnx)' =1
x>0
donc la fonction logarithme est continue sur 0,+∞
] [
la fonction ln est strictement croissante sur 0,+∞
] [
En appliquant la définition de la dérivée en x=1, on a lim
h
0
ln(1+h)
h=1
Si u est une fonction dérivable sur un intervalle I et ne s'annule pas sur I, on a
xIln u(x)
[ ]
'=u' (x)
u(x) et donc x0 ln x
[ ]
'=1
x
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1.3. Autres propriétés.
x>0x' >0ln(xx' )=lnx +lnx'
x>0ln(1
x)= −lnx
x>0x' >0 ln( x
x' )=lnxlnx'
La fonction logarithme est une bijection de 0,+∞
] [
sur −∞,+∞
] [
, on a donc
lnx1=lnx2
x1>0et x2>0
x1=x2
x1>0 et x2>0
1.4. Tableau de variations
lim
x
→+∞
lnx
x=0
Quand x tend vers
+∞
, la courbe présente une branche parabolique dans la direction Ox.
1.5. Définition du nombre e
La fonction logarithme étant une bijection de 0,+∞
] [
sur −∞,+∞
] [
, il existe un nombre
unique appelé e tel que
lne =1
.
La valeur décimale approchée de e à
105
près par défaut est 2,71828.
x
+
f ’(x)
ln(x)
−∞
+∞
+∞
10
0
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1.6. Courbe représentative.
2. Fonction exponentielle
La fonction logarithme étant une bijection de 0,+∞
] [
sur −∞,+∞
] [
, elle admet une fonction
réciproque appelée exponentielle et notée
exp (ou x aex)
y=ex
x−∞,+∞
] [
x=lny
y0,+∞
] [
2.1. Propriétés
x0,+ ∞
] [
elnx =x
x−∞,+∞
] [
ln(ex)=x
x∈ −∞,+∞
] [
ex>0
e0=1
La fonction exponentielle est continue et dérivable sur R et on a :
x−∞,+∞
] [
(ex)' =ex
Si u est une fonction dérivable sur un intervalle I, on a
xI eu(x)
[ ]
'=u' (x)eu(x)
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Formules d'addition.
xRx' Rex+x' =exex'
et
xRex=1
ex
lim
x
→+∞ ex= +∞ lim
x→−∞ex=0
Donc quand x tend vers
+∞
, la courbe présente une branche parabolique dans la direction Oy;
2.2. Courbe représentative :
En repère orthonormé, la courbe représentative de la fonction exponentielle est symétrique de
celle de la fonction logarithme par rapport à la première bissectrice
3. Fonction logarithme et exponentielle de base A.
Théorème : Logarithme de base a
Soit a0,+ ∞
] [
1
{ }
, on appelle fonction logarithme de base a et on note loga la fonction
définie par
x>0 logax=lnx
lna
En particulier le logarithme népérien est le logarithme en base e.
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Théorème :
Le logarithme de base 10 est appelé logarithme décimal et noté log
Propriétés
La fonction logarithme de base a est continue, strictement monotone sur 0,+∞
] [
loga1=ln1
lna =0logaa=lna
lna =1
(logax)' =1
xlna x0, +∞
] [
La fonction loga est dérivable sur 0,+∞
] [
et logax
( )
=lnx
lna
'=1
xlna
si a >1 alors logaest strictement croissante
si a <1 alors logaest strictement décroissante
x>0x' >0 loga(xx') =logax+logax'
x>0x' >0 loga(x
x' )=logaxlogax'
x>0rQloga(xr)=rlogax
Changement de base :
(a, b) 0, +∞
] [
1
{ }
( )
2,c0, +∞
] [
logac=logab.logbc
3.1. Exponentielle de base a.
a0,+ ∞
] [
1
{ }
, la fonction loga est continue, strictement monotone sur 0,+∞
] [
. Elle
admet donc une fonction réciproque appelée exponentielle de base a et notée
expaou x aax
y=ax
x−∞,+∞
] [
x=logay
y0,+∞
] [
ou encore x=logay=lny
lna et lny =xlna
xRy=ax=exlna
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