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Logarithme népérien

Terminale Spécialité Mathématiques · Définition, propriétés algébriques, variations et dérivée

1. Définition

Fonction logarithme népérien

La fonction logarithme népérien est la bijection réciproque de la fonction exponentielle :

ln:  ]0;+[R\ln : \; ]0;+\infty[ \longrightarrow \mathbb{R}
y=lnx    x=ey(x>0)y = \ln x \iff x = e^y \quad (x > 0)
  • ln1=0\ln 1 = 0, lne=1\ln e = 1
  • elnx=xe^{\ln x} = x pour x>0x > 0, ln(ex)=x\ln(e^x) = x pour tout xx

2. Propriétés algébriques

Relations fondamentales

Pour tous a,b>0a, b > 0 et nZn \in \mathbb{Z} :

ln(ab)=lna+lnb\ln(ab) = \ln a + \ln b
ln(ab)=lnalnb;ln(1a)=lna\ln\left(\dfrac{a}{b}\right) = \ln a - \ln b \quad ; \quad \ln\left(\dfrac{1}{a}\right) = -\ln a
ln(an)=nlna;ln(a)=12lna\ln(a^n) = n \ln a \quad ; \quad \ln(\sqrt{a}) = \tfrac{1}{2}\ln a

3. Étude de la fonction

Dérivée et variations

(lnx)=1x>0sur   ]0;+[(\ln x)' = \dfrac{1}{x} > 0 \quad \text{sur } \; ]0;+\infty[

ln\ln est strictement croissante sur ]0;+[]0;+\infty[.

x0+ln=1/x+lnx+\begin{array}{|c|ccc|} \hline x & 0 & & +\infty \\ \hline \ln' = 1/x & & {\color{green}+} & \\ \hline \ln x & -\infty & \nearrow & +\infty \\ \hline \end{array}

Limites

limx0+lnx=;limx+lnx=+\lim_{x \to 0^+} \ln x = -\infty \quad ; \quad \lim_{x \to +\infty} \ln x = +\infty
limx+lnxx=0;limx0+xlnx=0\lim_{x \to +\infty} \dfrac{\ln x}{x} = 0 \quad ; \quad \lim_{x \to 0^+} x \ln x = 0

4. Dérivée composée

Formule

Si uu est dérivable et u>0u > 0 :

(lnu)=uu(\ln u)' = \dfrac{u'}{u}

Exemple : (ln(x2+1))=2xx2+1(\ln(x^2+1))' = \dfrac{2x}{x^2+1}.

5. Équations et inéquations

Méthode

Pour a,b>0a, b > 0 :

lna=lnb    a=b\ln a = \ln b \iff a = b
lna<lnb    a<b\ln a < \ln b \iff a < b
lna=b    a=eb\ln a = b \iff a = e^b

Attention : toujours vérifier la condition de positivité avant de résoudre.

Récapitulatif — À retenir absolument

ln(ab)\ln(ab)lna+lnb\ln a + \ln b
ln(ab)\ln\left(\dfrac{a}{b}\right)lnalnb\ln a - \ln b
ln(an)\ln(a^n)nlnan \ln a
ln1=0,  lne\ln 1 = 0,\; \ln e11
(lnx)(\ln x)'1x\dfrac{1}{x}
(lnu)(\ln u)'uu\dfrac{u'}{u}
limx0+lnx\lim_{x\to 0^+} \ln x-\infty
limx+lnx\lim_{x\to +\infty} \ln x++\infty

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