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Terminale · Fonction exponentielle

Variations et limites de l'exponentielle

Sens de variation

Comme exp⁡′(x)=exp⁡(x)>0\exp'(x) = \exp(x) > 0 pour tout réel xx, la fonction exponentielle est strictement croissante sur R\mathbb{R}.


xx−∞-\infty+∞+\infty
|---|---|---|---|


exp⁡′(x)=exp⁡(x)\exp'(x)=\exp(x)++
exp⁡(x)\exp(x)00↗\nearrow+∞+\infty

Limites aux bornes

lim⁡x→+∞ex=+∞lim⁡x→−∞ex=0\lim_{x\to+\infty} e^x = +\infty \qquad\qquad \lim_{x\to-\infty} e^x = 0

La droite y=0y=0 (l'axe des abscisses) est donc asymptote horizontale à la courbe de exp⁡\exp en −∞-\infty.

Dérivée de eu(x)e^{u(x)}

Formule : (eu(x))′=u′(x)×eu(x)\left(e^{u(x)}\right)' = u'(x)\times e^{u(x)}

Exemple : f(x)=e−3x+1f(x) = e^{-3x+1}. On pose u(x)=−3x+1u(x)=-3x+1, donc u′(x)=−3u'(x)=-3 :

f′(x)=−3e−3x+1f'(x) = -3e^{-3x+1}

Comme eu(x)>0e^{u(x)}>0 toujours, le signe de f′(x)f'(x) est celui de u′(x)u'(x) : ici f′(x)<0f'(x)<0 pour tout xx, donc ff est strictement décroissante sur R\mathbb{R}.

Croissances comparées (admis)

Théorème (croissances comparées) : pour tout entier nn,

lim⁡x→+∞exxn=+∞lim⁡x→−∞xnex=0\lim_{x\to+\infty} \dfrac{e^x}{x^n} = +\infty \qquad\qquad \lim_{x\to-\infty} x^n e^x = 0

Cela signifie que l'exponentielle "l'emporte" toujours sur les puissances de xx quand x→+∞x\to+\infty : même si xnx^n devient très grand, exe^x devient encore bien plus grand.

Exemple d'application : lim⁡x→+∞exx2=+∞\lim_{x\to+\infty}\dfrac{e^x}{x^2} = +\infty et lim⁡x→−∞x2ex=0\lim_{x\to-\infty} x^2e^x = 0.

Exercices de la leçon

Exercice 1

Quelle est la limite de exe^x quand x→−∞x \to -\infty ?

Corrigé

On a lim⁡x→−∞ex=0\lim_{x\to-\infty} e^x = 0 : c'est une limite usuelle à connaître, qui donne l'asymptote horizontale y=0y=0 en −∞-\infty.

Exercice 2

La fonction exponentielle est strictement croissante sur R\mathbb{R}.

Corrigé

Comme exp⁡′(x)=exp⁡(x)>0\exp'(x)=\exp(x)>0 pour tout réel xx, la fonction exponentielle est bien strictement croissante sur tout R\mathbb{R}.

Exercice 3

Calcule la dérivée de f(x)=ex2f(x) = e^{x^2}.

Corrigé

On applique directement la formule de dérivation de la composée avec l'exponentielle, en identifiant u(x)=x2u(x)=x^2.

Exercice 4

Déterminer lim⁡x→+∞(x2−ex)\lim_{x\to+\infty} (x^2 - e^x). Justifie ta réponse en utilisant les croissances comparées.

Corrigé

On factorise par le terme exponentiel dominant pour lever l'indétermination, en utilisant le théorème des croissances comparées qui garantit que l'exponentielle l'emporte sur x2x^2.

Exercice 5

Quelle est la limite de xexx e^x quand x→−∞x \to -\infty ?

Corrigé

D'après le théorème des croissances comparées, lim⁡x→−∞xnex=0\lim_{x\to-\infty} x^n e^x = 0 pour tout entier nn, donc en particulier pour n=1n=1, lim⁡x→−∞xex=0\lim_{x\to-\infty} xe^x = 0.

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