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Terminale · Fonction exponentielle

Définition et propriétés algébriques

Définition de la fonction exponentielle

Théorème (admis) : il existe une unique fonction ff dérivable sur R\mathbb{R} telle que f′=ff' = f et f(0)=1f(0)=1. Cette fonction est appelée fonction exponentielle, notée exp⁡\exp ou x↦exx \mapsto e^x.

Donc, par définition :

exp⁡′(x)=exp⁡(x)etexp⁡(0)=1\exp'(x) = \exp(x) \quad \text{et} \quad \exp(0) = 1

On note e=exp⁡(1)≈2,718e = \exp(1) \approx 2{,}718 (un nombre irrationnel, base du logarithme népérien).

Propriétés algébriques

Pour tous réels aa et bb :

ea+b=ea×ebe−a=1eaea−b=eaeb(ea)n=ena (n∈Z)e^{a+b} = e^a \times e^b \qquad e^{-a} = \dfrac{1}{e^a} \qquad e^{a-b} = \dfrac{e^a}{e^b} \qquad (e^a)^n = e^{na} \ (n \in \mathbb{Z})

Exemple : e3×e−1=e3−1=e2e^{3}\times e^{-1} = e^{3-1} = e^2.

Valeurs particulières : e0=1e^0 = 1, et pour tout réel xx, ex>0e^x > 0 (l'exponentielle ne s'annule jamais et reste toujours strictement positive).

Équations et inéquations avec l'exponentielle

Comme exp⁡\exp est strictement croissante (voir leçon suivante), elle est injective : pour tous réels a,ba,b,

ea=eb  ⟺  a=bea<eb  ⟺  a<be^a = e^b \iff a=b \qquad\qquad e^a < e^b \iff a<b

Exemple : résoudre e2x−1=e3e^{2x-1} = e^3 équivaut à résoudre 2x−1=32x-1=3, soit x=2x=2.

Exercices de la leçon

Exercice 1

Quelle est la valeur de e0e^0 ?

Corrigé

Par définition de la fonction exponentielle, exp⁡(0)=1\exp(0)=1, donc e0=1e^0=1.

Exercice 2

Pour tout réel xx, exe^x peut être négatif.

Corrigé

La fonction exponentielle est strictement positive sur R\mathbb{R} : ex>0e^x>0 pour tout réel xx, sans exception.

Exercice 3

Simplifie l'expression A=e5×e−2e1A = \dfrac{e^{5}\times e^{-2}}{e^{1}}.

Corrigé

On applique successivement les règles ea×eb=ea+be^a\times e^b=e^{a+b} puis eaeb=ea−b\dfrac{e^a}{e^b}=e^{a-b} pour simplifier l'expression en une seule puissance de ee.

Exercice 4

Résous l'équation e3x+2=ex−4e^{3x+2} = e^{x-4}.

Corrigé

On utilise le fait que ea=eb  ⟺  a=be^a=e^b \iff a=b pour transformer l'équation exponentielle en une simple équation affine.

Exercice 5

Résous l'inéquation e2x−1⩽e3e^{2x-1} \leqslant e^{3}.

Corrigé

Comme exp⁡\exp est strictement croissante, e2x−1⩽e3  ⟺  2x−1⩽3  ⟺  2x⩽4  ⟺  x⩽2e^{2x-1}\leqslant e^3 \iff 2x-1\leqslant 3 \iff 2x\leqslant 4 \iff x\leqslant 2.

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