Mathématiques – 2ème Bac Économie & Gestion
Fonctions logarithmiques
Ce chapitre présente la fonction logarithme népérien \(\ln\), son lien avec l’exponentielle, ses propriétés algébriques, ses limites et sa dérivation. On apprend à résoudre des équations et inéquations avec \(\ln\), à étudier des fonctions faisant intervenir \(\ln\), et à mobiliser \(\ln\) dans des contextes économiques (capitalisation continue, croissance, élasticité, linéarisation).
Manipuler \(\ln\) (produit, quotient, puissances), résoudre équations/inéquations, dériver/étudier des fonctions avec \(\ln\).
\(\ln\), \(\exp\), base \(e\), changement de base, dérivée \(1/x\), capitalisation continue.
Taux continu, CAGR, régression log-linéaire, élasticité locale.
1. Définition et domaine
2. Propriétés algébriques fondamentales
- \(\ln(ab)=\ln a + \ln b\) (produit),
- \(\ln\!\left(\dfrac{a}{b}\right)=\ln a - \ln b\) (quotient),
- \(\ln(a^r)=r\,\ln a\) (puissance),
- Changement de base : \(\log_c x = \dfrac{\ln x}{\ln c}\) pour \(c>0,\ c\ne1\).
3. Limites et variations
- \(\displaystyle \lim_{x\to 0^+} \ln x = -\infty\) (asymptote verticale \(x=0\)).
- \(\displaystyle \lim_{x\to +\infty} \ln x = +\infty\), mais très lentement (croît moins vite qu’une puissance \(x^\alpha\)).
- Comparaison : \(\displaystyle \lim_{x\to+\infty}\dfrac{\ln x}{x^\alpha}=0\) pour tout \(\alpha>0\).
4. Dérivation et primitives
- Si \(u(x)>0\), \(\displaystyle (\ln u(x))'=\frac{u'(x)}{u(x)}\) (règle de la chaîne).
- \(\displaystyle \int \frac{1}{x}\,dx = \ln|x|+C\).
- Exemples : \((\ln(3x^2+1))'=\dfrac{6x}{3x^2+1}\), \((\ln(\sqrt{x}))'=\dfrac{1}{2x}\) sur \(x>0\).
5. Équations et inéquations avec \(\ln\)
6. Étude de fonctions avec \(\ln\)
- \(f'(x)=\ln x + 1 - 1 = \ln x\). Signe de \(f'\) : négatif si \(x\in]0,1[\), nul en \(x=1\), positif si \(x>1\).
- Variations : décroît sur \(]0,1]\), croît sur \([1,+\infty[\). Minimum en \(x=1\) : \(f(1)=-1\).
- Limites : \(\lim_{x\to0^+} f(x)=0\) (car \(x\ln x \to 0\)), \(\lim_{x\to+\infty} f(x)=+\infty\).
7. Applications économiques
8. Exercices (12) — avec solutions détaillées
Exercice 1 — Propriétés de base
Simplifier : \(A=\ln\!\left(\dfrac{9\sqrt{5}}{2}\right)\).
Exercice 2 — Domaine
Donner le domaine de \(f(x)=\ln(3x-6)\).
Exercice 3 — Équation simple
Résoudre \(\ln(x+2)=3\).
Exercice 4 — Inéquation
Résoudre \(\ln(2x-1) \le \ln(3x-4)\).
Exercice 5 — Dérivation
Calculer \(f'(x)\) pour \(f(x)=\ln(5x^2+1)\).
Exercice 6 — Tangente
Écrire la tangente à \(y=\ln x\) au point d’abscisse \(a>0\).
Exercice 7 — Limites
Calculer \(\displaystyle \lim_{x\to+\infty} \frac{\ln x}{\sqrt{x}}\).
Exercice 8 — Étude de signe
Étudier le signe de \(g(x)=\ln(x)-x+1\) sur \(]0,+\infty[\).
Exercice 9 — Équation produit
Résoudre \(\ln(x-1)+\ln(x+1)=\ln 8\).
Exercice 10 — Capitalisation continue
Un capital \(C_0=10\,000\) MAD placé au taux continu \(r=6\%\). Montant au bout de 4 ans ?
Exercice 11 — Inéquation avec quotient
Résoudre \(\ln\!\left(\dfrac{x}{x-2}\right)>0\).
Exercice 12 — Étude complète
Étudier \(h(x)=\dfrac{\ln x}{x}\) sur \(]0,+\infty[\) (variations et extremum).
9. Fiches-mémo & erreurs à éviter
- \(\ln(ab)=\ln a+\ln b\), \(\ln(a/b)=\ln a-\ln b\), \(\ln(a^{r})=r\ln a\).
- Dérivée : \((\ln x)'=1/x\) pour \(x>0\).
- Changement de base : \(\log_c x=\ln x/\ln c\).
- Faux : \(\ln(u+v)=\ln u+\ln v\) (jamais vrai en général).
- Oublier le domaine \(u(x)>0\) avant d’écrire \(\ln(u(x))\).
- Exponentier sans conserver les conditions (signes, domaines).