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Terminale · Fonction logarithme népérien

Définition et propriétés algébriques

Définition du logarithme népérien

Définition : la fonction logarithme népérien, notée ln\ln, est la fonction réciproque de la fonction exponentielle. Elle est définie sur ]0;+[]0;+\infty[ et vérifie :

ln(ex)=x pour tout xReln(x)=x pour tout x>0\ln(e^x) = x \text{ pour tout } x \in \mathbb{R} \qquad\qquad e^{\ln(x)} = x \text{ pour tout } x>0

En particulier : ln(1)=0\ln(1) = 0 (car e0=1e^0=1) et ln(e)=1\ln(e) = 1 (car e1=ee^1=e).

Conséquence graphique : les courbes de exp\exp et ln\ln sont symétriques par rapport à la droite d'équation y=xy=x.

Propriétés algébriques

Pour tous réels a,b>0a,b>0 et tout entier nn :

ln(ab)=ln(a)+ln(b)ln(ab)=ln(a)ln(b)ln(1a)=ln(a)ln(an)=nln(a)ln(a)=12ln(a)\ln(ab) = \ln(a)+\ln(b) \qquad \ln\left(\dfrac{a}{b}\right) = \ln(a)-\ln(b) \qquad \ln\left(\dfrac{1}{a}\right) = -\ln(a) \qquad \ln(a^n) = n\ln(a) \qquad \ln(\sqrt{a}) = \dfrac{1}{2}\ln(a)

Exemple : ln(8)=ln(23)=3ln(2)\ln(8) = \ln(2^3) = 3\ln(2).

Équations et inéquations avec le logarithme

Comme ln\ln est strictement croissante sur ]0;+[]0;+\infty[ (donc injective), pour tous réels a,b>0a,b>0 :

ln(a)=ln(b)    a=bln(a)<ln(b)    a<b\ln(a)=\ln(b) \iff a=b \qquad\qquad \ln(a)<\ln(b) \iff a<b

Attention : le logarithme n'est défini que pour des nombres strictement positifs. Avant de résoudre toute équation avec ln\ln, il faut toujours vérifier le domaine de validité.

Exemple : résoudre ln(x+1)=ln(5)\ln(x+1) = \ln(5) nécessite x+1>0x+1>0, soit x>1x>-1 ; sous cette condition, l'équation équivaut à x+1=5x+1=5, soit x=4x=4 (qui vérifie bien x>1x>-1).

Exercices de la leçon

Exercice 1

Quelle est la valeur de ln(1)\ln(1) ?

Corrigé

Comme e0=1e^0=1, on a ln(1)=0\ln(1)=0 par définition de la réciproque de l'exponentielle.

Exercice 2

Le logarithme népérien est défini pour tous les nombres réels, y compris les négatifs.

Corrigé

La fonction ln\ln n'est définie que sur ]0;+[]0;+\infty[, c'est-à-dire uniquement pour les réels strictement positifs.

Exercice 3

Simplifie l'expression B=ln(12)ln(3)B = \ln(12) - \ln(3).

Corrigé

On applique la règle de transformation d'une différence de logarithmes en logarithme d'un quotient, puis on simplifie en utilisant 4=224=2^2.

Exercice 4

Résous l'équation ln(2x3)=ln(7)\ln(2x-3) = \ln(7), en vérifiant les conditions de validité.

Corrigé

On commence toujours par poser la condition d'existence du logarithme avant de résoudre, puis on utilise l'injectivité de ln\ln pour transformer l'équation, et on vérifie enfin que la solution respecte la condition initiale.

Exercice 5

Pour quelles valeurs de xx l'expression ln(5x)\ln(5-x) est-elle définie ?

Corrigé

Il faut que l'argument du logarithme soit strictement positif : 5x>0    x<55-x>0 \iff x<5.

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