Terminale Analyse logarithmelndérivéepropriétéséquations

Logarithme népérien

Définition, propriétés algébriques, dérivée et variations de la fonction logarithme néperien.

Définition

Le logarithme népérien lnx\ln x est la réciproque de l’exponentielle :

lnx=y    ey=x(x>0)\ln x = y \iff e^y = x \qquad (x > 0)

Valeurs remarquables :

ln1=0lne=1ln(ea)=aelnx=x\ln 1 = 0 \qquad \ln e = 1 \qquad \ln(e^a) = a \qquad e^{\ln x} = x


Propriétés algébriques

Pour a,b>0a, b > 0 et nZn \in \mathbb{Z} :

ln(ab)=lna+lnb\boxed{\ln(ab) = \ln a + \ln b}

ln ⁣(ab)=lnalnbln(an)=nlna\ln\!\left(\frac{a}{b}\right) = \ln a - \ln b \qquad \ln(a^n) = n \ln a

ln ⁣(1a)=lnaln(a)=12lna\ln\!\left(\frac{1}{a}\right) = -\ln a \qquad \ln(\sqrt{a}) = \frac{1}{2}\ln a

Exemples :

ln12=ln(4×3)=ln4+ln3=2ln2+ln3\ln 12 = \ln(4 \times 3) = \ln 4 + \ln 3 = 2\ln 2 + \ln 3

ln ⁣(e35)=3ln5\ln\!\left(\dfrac{e^3}{5}\right) = 3 - \ln 5


Dérivée et variations

(lnx)=1x(x>0)(\ln x)' = \frac{1}{x} \quad (x > 0)

Plus généralement : (lnu(x))=u(x)u(x)\left(\ln|u(x)|\right)' = \dfrac{u'(x)}{u(x)}

ln\ln est strictement croissante sur ]0,+[]0, +\infty[.

Tableau de variations :

xx0+0^+++\infty
lnx\ln x-\infty\nearrow++\infty

Courbe de la fonction logarithme


Limites remarquables

limx0+lnx=limx+lnx=+\lim_{x\to 0^+} \ln x = -\infty \qquad \lim_{x\to+\infty} \ln x = +\infty

limx+lnxx=0limx0+xlnx=0\lim_{x\to+\infty} \frac{\ln x}{x} = 0 \qquad \lim_{x\to 0^+} x\ln x = 0

limx+lnxxa=0(a>0)limx0+xalnx=0(a>0)\lim_{x\to+\infty} \frac{\ln x}{x^a} = 0 \quad (a > 0) \qquad \lim_{x\to 0^+} x^a \ln x = 0 \quad (a > 0)


Résolution d’équations et inéquations

Équation lnf(x)=lng(x)\ln f(x) = \ln g(x) :

lnf(x)=lng(x)    f(x)=g(x)(avec f(x)>0 et g(x)>0)\ln f(x) = \ln g(x) \iff f(x) = g(x) \quad \text{(avec } f(x) > 0 \text{ et } g(x) > 0\text{)}

Inéquation lnf(x)>lng(x)\ln f(x) > \ln g(x) :

lnf(x)>lng(x)    f(x)>g(x)(et f(x)>0,g(x)>0)\ln f(x) > \ln g(x) \iff f(x) > g(x) \quad \text{(et } f(x) > 0, g(x) > 0\text{)}

Exemple : Résoudre ln(2x1)=3\ln(2x-1) = 3

2x1=e3    x=e3+122x - 1 = e^3 \implies x = \frac{e^3 + 1}{2}


Exemples de dérivées avec ln\ln

FonctionDérivée
ln(3x+1)\ln(3x+1)33x+1\dfrac{3}{3x+1}
ln(x2+1)\ln(x^2+1)2xx2+1\dfrac{2x}{x^2+1}
xlnxx\ln xlnx+1\ln x + 1
(lnx)2(\ln x)^22lnxx\dfrac{2\ln x}{x}