2ÈME ANNÉE BAC SCIENCES PHYSIQUES – MATHÉMATIQUES
Chapitre 5 : Fonctions Logarithmiques
Série d’exercices : Logarithme népérien et propriétés
Exercice 1 : Domaine de définition
Déterminer l’ensemble de définition \( D_f \) pour chacune des fonctions suivantes :
- \( f(x) = \ln(3x – 6) \)
- \( f(x) = \ln(x^2 – 4) \)
- \( f(x) = \ln\left(\frac{x+1}{2-x}\right) \)
- \( f(x) = \frac{1}{\ln(x)} \)
Exercice 2 : Propriétés algébriques
Simplifier les expressions suivantes sans calculatrice :
- \( A = \ln(e^2) + \ln(\sqrt{e}) – \ln(1) \)
- \( B = 2\ln(3) + \ln(4) – \ln(36) \)
- \( C = \ln(2 + \sqrt{3}) + \ln(2 – \sqrt{3}) \)
- Exprimer en fonction de \(\ln(2)\) et \(\ln(3)\) l’expression : \( D = \ln(72) \).
Exercice 3 : Équations logarithmiques
Résoudre dans \(\mathbb{R}\) les équations suivantes :
- \( \ln(x) = 2 \)
- \( \ln(x+3) + \ln(x+5) = \ln(15) \)
- \( (\ln(x))^2 – 3\ln(x) + 2 = 0 \)
Exercice 4 : Inéquations logarithmiques
Résoudre dans \(\mathbb{R}\) les inéquations suivantes :
- \( \ln(2x – 1) \le 0 \)
- \( \ln(x^2) > \ln(x+2) \)
- \( \frac{\ln(x) – 1}{\ln(x) + 2} \ge 0 \)
Exercice 5 : Calcul de Limites (Fondamentales)
Calculer les limites suivantes aux bornes de leur ensemble de définition :
- \(\displaystyle \lim_{x \to +\infty} x – \ln(x) \)
- \(\displaystyle \lim_{x \to 0^+} x\ln(x) + x + 1 \)
- \(\displaystyle \lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x^2} \)
- \(\displaystyle \lim_{x \to 1} \frac{\ln(x)}{x-1} \)
Exercice 6 : Calcul de Dérivées
Calculer la fonction dérivée \( f'(x) \) pour chaque cas :
- \( f(x) = x^2\ln(x) \)
- \( f(x) = \ln(x^2 + x + 1) \)
- \( f(x) = \ln\left(\frac{3x+1}{x}\right) \)
- \( f(x) = \frac{1}{\ln(x)} \)
Exercice 7 : Étude de fonction logarithmique simple
Soit \( f(x) = \frac{\ln(x)}{x} \) définie sur \( ]0, +\infty[ \).
- Calculer les limites de \( f \) en \( 0^+ \) et en \( +\infty \).
- Dresser le tableau de variations de \( f \).
- Déterminer l’équation de la tangente à la courbe \( C_f \) au point d’abscisse \( x_0 = e \).
Exercice 8 : Primitives et Logarithmes
Déterminer une primitive \( F \) pour chaque fonction sur l’intervalle donné :
- \( f(x) = \frac{1}{x+1} \) sur \( ]-1, +\infty[ \)
- \( f(x) = \frac{2x}{x^2+4} \) sur \(\mathbb{R}\)
- \( f(x) = \frac{\ln(x)}{x} \) sur \( ]0, +\infty[ \) (Indice : forme \( u’u \))
Exercice 9 : Logarithme de base \( a \)
On considère la fonction \( \log_{10} \) (logarithme décimal).
- Calculer \( \log_{10}(1000) \) et \( \log_{10}(0.01) \).
- Montrer que pour tout \( x > 0 \), \( \log_{10}(x) = \frac{\ln(x)}{\ln(10)} \).
- Résoudre l’équation \( \log_2(x) = 3 \).
Exercice 10 : Problème de synthèse
Soit \( g(x) = x – 1 – \ln(x) \) pour \( x \in ]0, +\infty[ \).
- Étudier les variations de \( g \) et en déduire le signe de \( g(x) \) sur \( ]0, +\infty[ \).
- Soit \( f(x) = \frac{x-1}{\ln(x)} \) pour \( x \in ]0, 1[ \cup ]1, +\infty[ \).
- Calculer les limites de \( f \) aux bornes de son domaine.
- Montrer que \( f'(x) \) a le même signe que \( g(x) \). Conclure sur les variations de \( f \).
