Terminale STG Chapitre 7 : annexes. Page n ° 1 2007 2008
2 Sens de variation, signe et courbe représentative.
La fonction ln est définie et dérivable sur ] 0 ; + ∞ [ et on a f ' ( x ) = 1 x . Or pour tout x de ] 0 ; + ∞ [ on a 1
x > 0 donc f ' ( x ) > 0 .
Donc la fonction ln est une fonction strictement croissante sur ] 0 ; + ∞ [.
Autrement dit ln ( a ) et ln ( b ) sont rangés dans le même ordre que a et b.
Notation : a < b ⇔ ln ( a ) < ln ( b ).
Tableau de variation :
x 0 +∞
signe de f ′ +
f
Courbe représentative
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On sait que a < b ⇔ ln ( a ) < ln ( b ).
Donc en donnant à b la valeur 1, on obtient : a < 1 ⇔ ln ( a ) < ln ( 1 ) ⇔ ln ( a ) < 0 Et en donnant à a la valeur 1, on déduit que : 1 < b ⇔ ln ( 1 ) < ln ( b ) ⇔ 0 < ln ( b ).
D'où le tableau de signes de la fonction ln
x 0 1 +∞
ln ( x ) − 0 +
Exemple 1 : résolvons l'équation ln ( 3 − 2x ) = 0.
ln ( 3 − 2x ) = 0 ⇔ 3 − 2x > 0 et ln ( 3 − 2x ) = ln ( 1 ) ⇔ 3 > 2x et 3 − 2x = 1 ⇔ 3
2 > x et − 2x = 1 − 3
⇔ x < 3
2 et x = 1. Donc l'ensemble des solutions est { 1 }.
Exemple 2 : résolvons l'inéquation ln ( x + 2 ) > 0.
ln ( x + 2 ) > 0 ⇔ x + 2 > 0 et ln ( x + 2 ) > ln ( 1 ) ⇔ x > - 2 et x + 2 > 1 ⇔ x > - 2 et x > - 1.
Donc l'ensemble des solutions est ] - 1 ; + ∞ [.
3 Propriétés de la fonction logarithme népérien.
Soit f la fonction définie sur ] 0 ; + ∞ [ par f ( x ) = ln ( ax ) − ln ( x ) où a est un nombre réel strictement positif.
Alors f est dérivable sur ] 0 ; + ∞ [ et f ' ( x ) = a ax − 1
x = 1 x − 1
x = 0 avec x > 0.
Donc la fonction f est une fonction constante sur ] 0 ; + ∞ [.
Et f ( 1 ) = ln ( a ) − ln ( 1 ) = ln ( a ).
Or f est une fonction constante sur ] 0 ; + ∞ [ donc pour x > 0 on a f ( x ) = f ( 1 ) ⇔ ln ( ax ) − ln ( x ) = ln ( a )
⇔ ln ( ax ) = ln ( a ) + ln ( x ).
En donnant à x la valeur b, on obtient ln ( ab ) = ln ( a ) + ln ( b ).
Supposons que a = 1
b alors cette égalité s'écrit ln ( 1
b × b ) = ln ( 1
b ) + ln ( b ) ⇔ ln ( 1 ) = ln ( 1
b ) + ln ( b ) ⇔ 0 = ln ( 1
b ) + ln ( b ) ⇔ ln ( 1
b ) = − ln ( b ).
Soient a et b deux nombres réels strictement positifs, alors ln ( a
b ) = ln ( a × 1
b ) = ln ( a ) + ln ( 1
b ) = ln ( a ) − ln ( b ).
ln ( a0 ) = ln ( 1 ) = 0 = 0 × ln ( a ) ln ( a1 ) = ln ( a ) = 1 × ln ( a )
ln ( a² ) = ln ( a × a ) = ln ( a ) + ln ( a ) = 2 × ln ( a )
ln ( a3 ) = ln ( a × a² ) = ln ( a ) + ln ( a² ) = ln ( a ) + 2 ln ( a ) = 3 ln ( a ).
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Donc de proche en proche, pour tout nombre a réel strictement positif, et pour tout nombre n relatif, on a ln ( an ) = n ln ( a ).
ln ( a ) = ln ( ( a )2 ) = 2 ln ( a ) ⇔ ln ( a ) = 1
2 ln ( a ).
4 Dérivée de la fonction f ( x ) = ln ( ax + b ).
f ( x ) = ln ( 3x − 5 ). Déterminons Df .
Df = { x ∈ / 3x − 5 > 0 } = { x ∈ / 3x > 5 } = { x ∈ / x > 5
3 } = ] 5
3 ; + ∞ [.
Etudions le sens de variation de f sur Df. f est dérivable sur Df et on a f ' ( x ) =
5 x 3
3− .
Or sur Df : 3x − 5 > 0 et 3 > 0 donc f ' ( x ) > 0.
Donc f est une fonction strictement croissante sur Df. Puis dressons son tableau de variation sur Df.
x 5
3 +∞
signe de f ′ +
f
5 Equation f ( x ) = k.
f est une fonction strictement décroissante sur l'intervalle [ -2 ; 2 ].
f ( - 2 ) = 21 et f ( 2 ) = - 11.
Or 10 ∈ [ - 11 ; 21 ].
D'après le théorème du cours, l'équation f ( x ) = 10 admet une unique solution dans l'intervalle [ - 2 ; 2 ].
Autre façon d'apprendre le cours :
x a α b
signe de f ′ +
f ( b )
f f ( α )
f ( a )
x a α b
signe de f ′ −
f ( a )
f f ( α )
f ( b )