Fonction logarithme népérien

Variations - Exercice 2

10 min
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Question 1
Soit ff la fonction définie sur ]1;+[\left]1;+\infty \right[ par : f(x)=2x(x1)ln(x1)f\left(x\right)=2x-\left(x-1\right)\ln \left(x-1\right)

Déterminer la dérivée de ff sur ]1;+[\left]1;+\infty \right[.

Correction
ff est dérivable sur ]1;+[\left]1;+\infty \right[.
On reconnaît la forme (wuv)=w(uv+uv)\left(w-uv\right)'=w-\left(u'v+uv'\right) avec w(x)=2xw\left(x\right)=2x ; u(x)=x1u\left(x\right)=x-1 et v(x)=ln(x1)v\left(x\right)=\ln \left(x-1\right).
Ainsi w(x)=2w'\left(x\right)=2 ; u(x)=1u'\left(x\right)=1 et v(x)=1x1v'\left(x\right)=\frac{1}{x-1} .
Il vient alors que :
f(x)=2[1×ln(x1)+(x1)×1x1]f'\left(x\right)=2-\left[1\times \ln \left(x-1\right)+\left(x-1\right)\times \frac{1}{x-1} \right]
f(x)=2[ln(x1)+x1x1]f'\left(x\right)=2-\left[\ln \left(x-1\right)+\frac{x-1}{x-1} \right]
f(x)=2[ln(x1)+1]f'\left(x\right)=2-\left[\ln \left(x-1\right)+1\right]
f(x)=2ln(x1)1f'\left(x\right)=2-\ln \left(x-1\right)-1
f(x)=1ln(x1)f'\left(x\right)=1-\ln \left(x-1\right)
Question 2

Dresser le tableau de variation de ff sur ]1;+[\left]1;+\infty \right[.

Correction
Etudions le signe de ff'. D'après la question précédente, nous avons vu que f(x)=1ln(x1)f'\left(x\right)=1-\ln \left(x-1\right) .
f(x)0f'\left(x\right)\ge0 équivaut successivement à :
1ln(x1)01-\ln \left(x-1\right)\ge 0
ln(x1)1-\ln \left(x-1\right)\ge -1
ln(x1)1\ln \left(x-1\right)\le 1
eln(x1)e1e^{\ln \left(x-1\right)} \le e^{1}
x1ex-1\le e
xe+1x\le e+1
Il en résulte donc que :
  • si x]1;e+1]x\in\left]1;e+1\right] alors f(x)0f'\left(x\right)\ge0
  • si x[e+1;+[x\in\left[e+1;+\infty\right[ alors f(x)0f'\left(x\right)\le0
Nous traduisons cela dans un tableau de variation, il vient alors que :