Soit f la fonction définie sur ]0;+∞[ par f(x)=ln(e2x−ex)
Montrer que pout tout réel x>0, on a : f(x)=2x+ln(1−e−x).
Correction
Pour tout réel x>0, on a : f(x)=ln(e2x−ex) équivaut successivement à : f(x)=ln(e2x(e2xe2x−ex)) f(x)=ln(e2x(e2xe2x−e2xex)) f(x)=ln(e2x(1−ex−2x)) f(x)=ln(e2x(1−e−x))
ln(a)+ln(b)=ln(a×b)
f(x)=ln(e2x)+ln(1−e−x)
ln(eA)=A
f(x)=2x+ln(1−e−x)
Question 2
Montrer que pour tout réel x>0, on a : f(x)=x+ln(ex−1).
Correction
Pour tout réel x>0, on a : f(x)=ln(e2x−ex) équivaut successivement à : f(x)=ln(ex(exe2x−ex)) f(x)=ln(ex(exe2x−exex)) f(x)=ln(ex(e2x−x−1)) f(x)=ln(ex(ex−1))
ln(a)+ln(b)=ln(a×b)
f(x)=ln(ex)+ln(ex−1)
ln(eA)=A
f(x)=x+ln(ex−1)
Question 3
Choisir la forme la mieux adaptée de f(x) pour déterminer :
La limite de f en +∞.
Correction
Nous allons utiliser la forme f(x)=x+ln(ex−1) afin de déterminer la limite f en +∞. Ici, il s'agit d'une limite par composition. On commence par calculer x→+∞limex−1=+∞. On pose X=ex−1. Ainsi : X→+∞limlnX=+∞. Par composition :
x→+∞limln(ex−1)=+∞
Finalement :
x→+∞limx+ln(ex−1)=+∞
Autrement dit : x→+∞limf(x)=+∞
Question 4
La limite de f en 0. Que peut-on en déduire graphiquement?
Correction
Nous allons utiliser la forme f(x)=2x+ln(1−e−x) afin de déterminer la limite f en 0. Ici, il s'agit d'une limite par composition. On commence par calculer x→0lim1−e−x=0. On pose X=1−e−x. Ainsi : X→0limlnX=−∞. Par composition :
x→0limln(1−e−x)=−∞
Finalement :
x→0lim2x+ln(1−e−x)=−∞
x→0limf(x)=−∞
Si x→nombrelimf(x)=+∞ alors la fonction f admet une asymptote verticale d'équation x=nombre Si x→nombrelimf(x)=−∞ alors la fonction f admet une asymptote verticale d'équation x=nombre
Interprétation graphique : la courbe représentative de la courbe f admet une asymptote verticale d'équation x=0.
Question 5
La position de la courbe représentative de f par rapport à la droite d’équation y=x.
Correction
Il nous faut ici étudier le signe de f(x)−x. Nous allons utiliser la forme f(x)=x+ln(ex−1) Il vient alors que : f(x)−x=x+ln(ex−1)−x équivaut successivement à : f(x)−x=ln(ex−1) Etudions maintenant le signe de ln(ex−1). ln(ex−1)≥0 équivaut successivement à : ln(ex−1)≥ln1 ex−1≥1 ex≥2 x≥ln(2). Cela signifie donc que :
si x∈]0;ln(2)], nous avons f(x)−x≤0 et donc f(x)≤x. Cela se traduit par le fait que lorsque x∈]0;ln(2)] alors la courbe représentative de la courbe f est situé en dessous de la droite d’équation y=x.
si x∈[ln(2);+∞[, nous avons f(x)−x≥0 et donc f(x)≥x. Cela se traduit par le fait que lorsque x∈[ln(2);+∞[ alors la courbe représentative de la courbe f est situé au-dessus de la droite d’équation y=x.
Question 6
La dérivée de f et les variations de f.
Correction
Nous allons utiliser la forme f(x)=ln(e2x−ex) f est dérivable sur ]0;+∞[.
(ln(u))′=uu′
f′(x)=e2x−ex2e2x−ex f′(x)=e2x−exex(2ex−1) Pour tout réel x>0, on vérifie aisément que ex>0 et e2x−ex>0. En effet , e2x−ex>0 car sinon ln(e2x−ex) ne serait pas définie. Il en résulte donc que le signe de f′ dépend de 2ex−1. Comme x>0, nous avons alors : x>0⇔ex>e0⇔ex>1⇔2ex>2⇔2ex−1>1 Il en résulte donc que pour tout réel x>0, on a : f′(x)>0 et de ce fait la fonction f est strictement croissante sur ]0;+∞[.
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