Chapitre 6
Fonction exponentielle
I. DEFINITION
Définition
Pour tout réel a, on appelle exponentielle de a et on note exp(a), l'unique réel b tel que
ln b=a.
Remarques
On a donc
ln(exp(a))=a.
ln(1)=0
donc
exp (0)=1
ln(e)=1
donc
exp (1)=e
par exemple, si
ln x=2
alors
exp (2)=x
et d'après le chapitre précédent
x=e2
donc
Cette dernière remarque nous conduit à la définition suivante :
Définition
Pour tout réel x, on pose :
exp (x)=ex.
On définit alors une fonction, appelée fonction exponentielle.
II.PROPRIETES ALGEBRIQUES
Propriétés
Pour tout réel a, et tout réel strictement positif b, on a :
ea>0
ln b=ab=ea
ln ea=a
et
eln b=b
ex+y=exey
1
ex=ex
ex
ey=exy
(ex)n=enx
Exercice 1. Application : Calculs avec des exponentielles
1) Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=52x+ex.
Calculer
f(0), f (ln 2), et f(3 ln 5).
2) Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=3ex
5+e2x.
Calculer
f(0), f (ln 4) et f
(
ln 2
2
)
.
3) Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=x+7+8ex
5+ex.
Calculer
f(0) et f(ln 3).
Chapitre 6 : Exponentielle 1
Exercice 2. Application : Modification d'expressions
1) Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=e2x+2x+3ex6.
Montrer que
f(x)=ex(ex+2x ex+36ex).
2) Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=6ex3ex+3.
Montrer que
f(x)=3(ex+1)(2ex).
3) Pour chacune des fonctions suivantes, définies sur
,
simplifier l'expression proposée :
a)
f(x)=ex+ln 7
b)
f(x)=(ex)3
c)
f(x)= 1
ex+ln 2
d)
f(x)=e3ln x
Exercice 3. Application : Résolution d'équations
Résoudre dans
les équations suivantes :
1)
2ex+5=0
2)
5+2
ex=6
3)
5ln x=3
4)
3e5x15=0
5)
1
3ln x+4=0
Exercice 4. Application : Résolution d'inéquation
Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=5(ex3)(2e2x+8).
Résoudre l'inéquation
f(x)0.
III. ETUDE DE LA FONCTION EXPONENTIELLE
1) Ensemble de définition
Propriété
La fonction exponentielle est définie sur
par
xex.
2) Fonction dérivée et sens de variation
Propriétés
La fonction exponentielle est dérivable sur
et sa fonction dérivée est … elle-même :
La fonction f définie sur
par
f(x)=ex
est dérivable sur
et sa fonction dérivée est :
f ' (x)=ex.
Conséquence
La fonction exponentielle est strictement croissante sur
car sa dérivée est strictement positive
sur
.
Remarque : pour obtenir cette propriété, il suffit de dériver chaque côté de l'égalité suivante :
ln (ex)=x.
Chapitre 6 : Exponentielle 2
Exercice 5 : Calculs de dérivées
Dans chaque cas, calculer la dérivée de la fonction f définie sur I.
a)
f(x)=(x2+3)ex et I=
b)
f(x)=ex
x et I=]−∞;0 [] 0 ;+∞ [
c)
f(x)=1
xex et I=]−∞; 0 [
3) Limites
Propriétés : Limites de la fonction exponentielle
lim
x→+
ex=+
lim
x→−∞
ex=0
Exercice 6
Déterminer les limites aux bornes de leur ensemble de définition des fonctions f définies ci-dessous :
1)
f(x)=1
x+3ex ; I=]0 ;+∞[
2)
f(x)= ex
ln x ; I=]0 ; 1[
Propriété : Croissances comparées
Pour tout entier naturel n :
lim
x→+
ex
xn=+
Exercice 7
L'objectif est de déterminer les limites suivantes :
a)
lim
x+∞
ex+2014
x
b)
lim
x+∞
(exx2014)
c)
lim
x+
x3
ex
1) Vérifier que chacune des limites correspond à une forme indéterminée.
2) Déterminer chacune des limites après avoir remarqué que :
a)
ex+2014
x=ex
x+2014
x
b)
exx2014=x2014
(
ex
x2014 1
)
c)
x3
ex=1
(
ex
x3
)
4) Tableau de variations et courbe
Tableau de variation de la fonction
exponentielle
Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=ex.
x
+
f ' (x)=ex
+
f(x)=ex
+
0
Courbe représentative de la fonction
exponentielle
Chapitre 6 : Exponentielle 3
Conséquence
La fonction exponentielle est strictement croissante donc : pour tous réels a et b :
ea<eb
si et seulement si
a<b.
IV. FONCTIONS DE TYPE exp( u )
1) Limites
Propriété
Soit u une fonction définie sur un intervalle I de
.
On considère les limites suivantes en un nombre réel, ou en
+
ou
.
si
lim
x...
u(x)=+∞
alors
lim
x...
eu(x)=+∞
si
lim
x...
u(x)=−∞
alors
lim
x...
eu(x)=0
si
lim
x...
u(x)=a
avec
a∈ℝ ,
alors
lim
x...
eu(x)=ea
Exemple
Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=e2x+3.
Déterminer les limites de f aux bornes de son
ensemble de définition.
lim
x→−∞ 2x+3=+∞
donc
lim
x→−∞
e2x+3=+
c'est-à-dire
lim
x→−∞
f(x)=+∞
lim
x→+2x+3=
donc
lim
x→+
e2x+3=0
c'est-à-dire
lim
x→+
f(x)=0
Exercice 8 : Limites de fonctions de type
eu
Déterminer les limites des fonctions f aux bornes de leur ensemble de définition I.
1)
f(x)=e
1
x+2 ; I=]2 ;+[
2)
f(x)=e3+1
x ; I=]−∞; 0 [
3)
f(x)=ex2+1 ; I=
2) Dérivée
Propriété
Soit u une fonction définie et dérivable sur un intervalle I de
.
La fonction
eu
est dérivable sur
et
(eu)'=u ' eu.
Autrement dit, soit f la fonction définie sur
par
f(x)=eu(x).
f est dérivable sur
et
f ' (x)=u ' (x)eu(x).
Exemple
Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=ex22x.
Calculer la dérivée de f.
On reconnaît la forme
eu
avec
u(x)=x22x
donc
u ' (x)=2x2 .
Rappel :
(eu)'=u ' eu.
Donc :
f ' (x)=(2x2)ex22x.
Exercice 9
Calculer les fonctions dérivées des fonctions suivantes, dérivables sur
.
1)
f(x)=e3x
2)
f(x)=x e2x
3)
f(x)=ex
t2.
Chapitre 6 : Exponentielle 4
3) Primitives
Propriété
Soit u une fonction définie et dérivable sur un intervalle I de
,
de fonction dérivée u'.
Une primitive de la fonction
u ' eu
est la fonction
eu.
Autrement dit, si
f(x)=u' (x)eu(x)
alors une primitive de la fonction f est la fonction F définie
sur I par
F(x)=eu(x).
Exemple
Soit f la fonction définie sur
par
f(x)=2x ex2+3.
Déterminer une primitive de la fonction f.
Solution :
On reconnaît la forme
u ' eu
avec
u(x)=x2+3 d'où u ' (x)=2x
donc une primitive de la
fonction f sur
est
eu
c'est-à-dire :
F(x)=ex2+3.
Rappel : l'ensemble des primitives de la fonction f est de la forme
F(x)=ex2+3+c
c est une
constante réelle.
Exercice 10 : Calcul de primitives
Déterminer les primitives des fonctions f définies sue
:
a)
f(x)=(6x7)e3x27x
b)
f(x)=e3x
c)
f(x)=x e x2+3
Chapitre 6 : Exponentielle 5
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