Fonction logarithme népérien

Etude de fonction - Exercice 2

20 min
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Question 1
Soit ff la fonction définie sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[ par f(x)=3x(2ln(2x))f\left(x\right)=3x\left(2-\ln \left(2x\right)\right) .

Résoudre l'équation f(x)=0f\left(x\right)=0

Correction
f(x)=0f\left(x\right)=0 équivaut successivement à :
3x(2ln(2x))=03x\left(2-\ln \left(2x\right)\right)=0. Il s'agit d'une équation produit nul. D'où :
3x=03x=0 ou 2ln(2x)=02-\ln \left(2x\right)=0
D'une part :
3x=03x=0 donne x=0x=0
D'autre part :
2ln(2x)=02-\ln \left(2x\right)=0
ln(2x)=2-\ln \left(2x\right)=-2
ln(2x)=2\ln \left(2x\right)=2
ln(2x)=ln(e2)\ln \left(2x\right)= \ln \left(e^{2} \right)
2x=e22x= e^{2}
x=e22x= \frac{e^{2}}{2}
Les solutions de l'équations sont alors :
S={0;e22}S=\left\{0;\frac{e^{2}}{2}\right\}

Question 2

Etudiez les variations de ff.

Correction
ff est dérivable sur ]0;+[\left]0;+\infty \right[.
On reconnaît la forme (uv)=uv+uv\left(uv\right)'=u'v+uv' avec u(x)=3xu\left(x\right)=3x et v(x)=2ln(2x)v\left(x\right)=2-\ln \left(2x\right).
Ainsi u(x)=3u'\left(x\right)=3 et v(x)=22xv'\left(x\right)=-\frac{2}{2x} c'est à dire v(x)=1xv'\left(x\right)=-\frac{1}{x}
Il vient alors que :
f(x)=3×(2ln(2x))+3x×(1x)f'\left(x\right)=3\times \left(2-\ln \left(2x\right)\right)+3x\times \left(-\frac{1}{x} \right)
f(x)=63ln(2x)3f'\left(x\right)=6-3\ln \left(2x\right)-3
f(x)=33ln(2x)f'\left(x\right)=3-3\ln \left(2x\right)
Résolvons maintenant : 33ln(2x)03-3\ln \left(2x\right)\ge 0 pour connaître le signe de ff'.
33ln(2x)03-3\ln \left(2x\right)\ge 0 équivaut successivement à :
3ln(2x)3-3\ln \left(2x\right)\ge -3
ln(2x)33\ln \left(2x\right)\le \frac{-3}{-3}
ln(2x)1\ln \left(2x\right)\le 1
ln(2x)ln(e1)\ln \left(2x\right)\le \ln \left(e^{1} \right)
2xe12x\le e^{1}
xe12x\le \frac{e^{1}}{2}
Cela signifie que l'on mettra le signe ++ pour le signe de 33ln(2x)3-3\ln \left(2x\right) dès que xe12x\le \frac{e^{1}}{2}. Autrement dit : f(x)0f'\left(x\right)\ge 0 dès que xe12x\le \frac{e^{1}}{2}.
Nous traduisons cela dans un tableau de variation :

De plus :
f(e12)=3×e12(2ln(2×e12))f\left(\frac{e^{1}}{2}\right)=3\times \frac{e^{1}}{2}\left(2-\ln \left(2\times \frac{e^{1}}{2}\right)\right)
f(e12)=3e12(2ln(e1))f\left(\frac{e^{1}}{2}\right)=\frac{3e^{1}}{2}\left(2-\ln \left(e^{1}\right)\right)
f(e12)=3e12(21)f\left(\frac{e^{1}}{2}\right)=\frac{3e^{1}}{2}\left(2-1\right)
f(e12)=3e12f\left(\frac{e^{1}}{2}\right)=\frac{3e^{1}}{2}