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Mathématiques · 2 Bac Sciences Physiques

Fonction logarithme népérien

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

La fonction logarithme népérien, notée $\ln$, est la fonction primitive de $x \mapsto \frac{1}{x}$ sur $]0, +\infty[$ qui s'annule en 1.

  • Propriétés algébriques : Pour tous $a, b > 0$ et $r \in \mathbb{Q}$ : $\ln(ab) = \ln(a) + \ln(b)$ ; $\ln(\frac{a}{b}) = \ln(a) - \ln(b)$ ; $\ln(a^r) = r\ln(a)$ ; $\ln(\sqrt{a}) = \frac{1}{2}\ln(a)$.
  • Limites fondamentales : $\lim_{x \to 0^+} \ln(x) = -\infty$ ; $\lim_{x \to +\infty} \ln(x) = +\infty$. $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x^n} = 0$ ($n>0$) ; $\lim_{x \to 0^+} x^n \ln(x) = 0$ ($n>0$) ; $\lim_{x \to 1} \frac{\ln(x)}{x-1} = 1$.
  • Dérivée : $(\ln(u(x)))' = \frac{u'(x)}{u(x)}$ pour $u(x) > 0$.

Méthodes à maîtriser

  1. Résolution d'équations/inéquations : Toujours commencer par déterminer le domaine de définition ($u(x) > 0$).
  2. Étude de fonction : Calculer la dérivée, étudier son signe, puis dresser le tableau de variations.
  3. Calcul de limites : Utiliser les croissances comparées pour lever les indéterminations.

Exemples corrigés

  • Équation : $\ln(x) + \ln(x-1) = \ln(2)$. Condition : $x>0$ et $x>1 \Rightarrow x \in ]1, +\infty[$. $\ln(x(x-1)) = \ln(2) \Rightarrow x^2 - x - 2 = 0$. Solutions : $x=2$ (convient) ou $x=-1$ (rejeté). $S = {2}$.
  • Dérivée : $f(x) = \ln(x^2+1)$. $f'(x) = \frac{(x^2+1)'}{x^2+1} = \frac{2x}{x^2+1}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de préciser le domaine de définition avant de résoudre une équation.
  • Confondre $\ln(a+b)$ avec $\ln(a) + \ln(b)$ (ce qui est faux).
  • Appliquer $\ln(x^2) = 2\ln(x)$ sans vérifier si $x$ est positif.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Fonction logarithme népérien

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Quel est le domaine de définition de $f(x) = \ln(x^2-4)$ ?

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la courbe de ln(x) coupe l'axe des abscisses ?

Oui, elle coupe l'axe des abscisses au point d'abscisse $x=1$ car $\ln(1) = 0$. Le point d'intersection est $(1, 0)$.

💡 À retenir : L'intersection avec l'axe des abscisses est donnée par la solution de $\ln(x) = 0$.

Wach ln(x) kat-tkhrej lina des valeurs négatives ?

Oui, pour tout $x \in ]0, 1[$, $\ln(x)$ est strictement négatif. Par exemple, $\ln(0,5) \approx -0,69$.

💡 À retenir : Le signe du $\ln$ dépend de si $x$ est plus grand ou plus petit que 1.

Est-ce que ln(x^2) est toujours égal à 2ln(x) ?

Non, ce n'est vrai que si $x > 0$. Si $x < 0$, alors $x^2 > 0$ donc $\ln(x^2)$ existe, mais $2\ln(x)$ n'existe pas. La formule exacte est $\ln(x^2) = 2\ln|x|$.

💡 À retenir : Toujours vérifier le signe de l'argument avant de sortir une puissance.

Kifach n7seb domaine de définition dyal ln(f(x)) ?

Pour trouver le domaine de définition de $\ln(f(x))$, tu dois résoudre l'inéquation $f(x) > 0$.

  1. Identifie l'expression à l'intérieur du $\ln$.
  2. Pose $f(x) > 0$.
  3. Résous cette inéquation. L'ensemble des solutions est ton domaine de définition $D_f$.

💡 À retenir : Le logarithme ne tolère que des valeurs strictement positives.

Est-ce que ln(1) = 0 et ln(e) = 1 sont toujours vrais ?

Oui, ce sont les deux valeurs fondamentales de la fonction logarithme.

  1. $\ln(1) = 0$ car $e^0 = 1$.
  2. $\ln(e) = 1$ car $e^1 = e$.

💡 À retenir : Ces valeurs servent de points de passage pour tracer la courbe.

Chno hiya l'asymptote dyal ln(x) f' 0 ?

Puisque $\lim_{x \to 0^+} \ln(x) = -\infty$, la droite d'équation $x = 0$ (l'axe des ordonnées) est une asymptote verticale à la courbe représentative de la fonction $\ln$.

💡 À retenir : Une limite infinie en un point fini indique une asymptote verticale.

Comment lever une indétermination du type infty - infty avec des ln ?

Il faut souvent factoriser par le terme dominant.

  1. Exemple : $\ln(x) - x$.
  2. Factorise par $x$ : $x(\frac{\ln(x)}{x} - 1)$.
  3. Comme $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x} = 0$, la limite devient $+\infty \times (0 - 1) = -\infty$.

💡 À retenir : La croissance comparée est ton outil principal.

Kifach n7seb dérivée dyal ln(x^2+x+1) ?

Tu utilises la formule $(\ln(u))' = \frac{u'}{u}$.

  1. Pose $u(x) = x^2+x+1$.
  2. Calcule $u'(x) = 2x+1$.
  3. Applique la formule : $f'(x) = \frac{2x+1}{x^2+x+1}$.

💡 À retenir : La dérivée du $\ln$ est toujours une fraction.

Est-ce que la fonction ln est toujours croissante ?

Oui, sur son domaine de définition $]0, +\infty[$, la fonction $\ln$ est strictement croissante car sa dérivée $f'(x) = \frac{1}{x}$ est strictement positive pour tout $x > 0$.

💡 À retenir : $\ln(a) < \ln(b) \iff a < b$ (pour $a, b > 0$).

Comment montrer que ln(x) < x pour tout x 0 ?

Utilise l'étude de fonction :

  1. Soit $g(x) = x - \ln(x)$.
  2. $g'(x) = 1 - \frac{1}{x} = \frac{x-1}{x}$.
  3. Le minimum est atteint en $x=1$, $g(1) = 1 - 0 = 1$.
  4. Comme le minimum est 1 (>0), alors $x - \ln(x) > 0$, donc $x > \ln(x)$.

💡 À retenir : L'étude d'une fonction auxiliaire est la méthode classique pour les inégalités.

Est-ce que ln(x^n) = nln(x) est vrai pour tout n ?

C'est vrai pour tout $n \in \mathbb{Q}$ (rationnel) et $x > 0$. Si $n$ est un entier pair et $x < 0$, il faut utiliser $\ln(x^n) = n\ln|x|$.

💡 À retenir : La valeur absolue est la sécurité pour les puissances paires.

Comment calculer lim{x to 0^+} x ln(x) ?

C'est une limite usuelle du cours (croissances comparées).

  1. On sait que $\lim_{x \to 0^+} x^n \ln(x) = 0$ pour tout $n > 0$.
  2. Ici $n=1$, donc la limite est directement 0.

💡 À retenir : Le $\ln$ est "plus faible" que n'importe quelle puissance de $x$ au voisinage de 0.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit $f$ la fonction définie sur $]0, +\infty[$ par $f(x) = \ln(x) - x + 1$.

  1. Calculer $\lim_{x \to 0^+} f(x)$ et $\lim_{x \to +\infty} f(x)$.
  2. Calculer $f'(x)$ et dresser le tableau de variations de $f$.
  3. En déduire le signe de $f(x)$ sur $]0, +\infty[$.
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Exercice 2

Résoudre dans $\mathbb{R}$ l'équation : $(\ln x)^2 - 3\ln x + 2 = 0$.

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Exercice 3

Étudier la position relative de la courbe de $f(x) = \ln(x)$ et de la droite $(D) : y = x-1$.

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