Fonction logarithme népérien

Définition, exemple concret, explications détaillées, piège à éviter et questions corrigées. Mathématiques, niveau Terminale (spécialité).

📐 MathématiquesTerminale (spécialité)
Sur cette page
  1. Un exemple concret
  2. Le piège à éviter
  3. Pour aller plus loin
  4. Ne pas confondre
  5. Dans ta copie
  6. À retenir
  7. Teste-toi
  8. Questions fréquentes
  9. Notions liées
DéfinitionLa fonction logarithme népérien, notée ln, est définie sur ]0 ; +∞[ comme la réciproque de la fonction exponentielle : pour x > 0 et y réel, y = ln(x) équivaut à x = e^y. Elle transforme les produits en sommes : ln(ab) = ln(a) + ln(b) pour tous réels a et b strictement positifs.

Un exemple concret

Un capital placé à 4 % par an double dès que 1,04^n ≥ 2. En appliquant ln : n × ln(1,04) ≥ ln(2), donc n ≥ ln(2) / ln(1,04) ≈ 17,7. Il faut attendre 18 années complètes.

Le piège à éviter

ln(a + b) n'est pas égal à ln(a) + ln(b) : la propriété fondamentale porte sur le produit. N'oublie pas non plus que ln n'est défini que pour des nombres strictement positifs.

Pour aller plus loin

Les valeurs de base sont ln(1) = 0 et ln(e) = 1. La fonction ln est dérivable sur ]0 ; +∞[ et sa dérivée est x ↦ 1/x, qui est positive : ln est donc strictement croissante. Elle est négative sur ]0 ; 1[ et positive sur ]1 ; +∞[. Ses limites sont −∞ en 0 et +∞ en +∞. Sa courbe est symétrique de celle de l'exponentielle par rapport à la droite d'équation y = x.

Des propriétés algébriques découlent de ln(ab) = ln(a) + ln(b) : ln(a/b) = ln(a) − ln(b), ln(a^n) = n × ln(a) pour tout entier n, et ln(√a) = ½ ln(a). Elles servent surtout à résoudre des inéquations où l'inconnue est en exposant. Calcul détaillé : chercher le plus petit entier n tel que 0,8^n < 0,01. On applique ln, qui conserve l'ordre : n × ln(0,8) < ln(0,01). Comme ln(0,8) est négatif, diviser change le sens : n > ln(0,01) / ln(0,8) ≈ 20,6. Le plus petit entier convenable est donc n = 21.

La fonction ln est étudiée dans la spécialité de Terminale, juste après l'exponentielle. On y apprend aussi les croissances comparées : ln(x) / x tend vers 0 en +∞, ce qui signifie que ln croît beaucoup plus lentement que x. Dans les problèmes, ln intervient pour des durées de doublement, des demi-vies ou des seuils sur des suites géométriques. La forme composée ln(u) se dérive en u'/u, à condition que u soit strictement positive.

Ne pas confondre

  • Fonction exponentielle : L'exponentielle est définie sur ℝ et transforme les sommes en produits ; ln est définie sur ]0 ; +∞[ et transforme les produits en sommes. Chacune défait l'autre.
  • Logarithme décimal : Le logarithme décimal log vérifie log(10) = 1, alors que ln vérifie ln(e) = 1 ; on passe de l'un à l'autre par log(x) = ln(x) / ln(10).

Dans ta copie

Je cherche à partir de quelle année la population dépasse 15 000 habitants, sachant que P_n = 10 000 × 1,03^n. Je résous 10 000 × 1,03^n > 15 000, soit 1,03^n > 1,5. La fonction ln est strictement croissante sur ]0 ; +∞[, donc l'inégalité équivaut à n × ln(1,03) > ln(1,5). Comme ln(1,03) est strictement positif, j'obtiens n > ln(1,5) / ln(1,03), soit environ 13,7. La population dépassera donc 15 000 habitants à partir de n = 14, c'est-à-dire la quatorzième année.

À retenir

  • ln est définie sur ]0 ; +∞[ et ln(e^x) = x pour tout réel x.
  • ln(ab) = ln(a) + ln(b) et ln(a^n) = n × ln(a).
  • La dérivée de ln est 1/x et la fonction est strictement croissante.
  • Diviser par un logarithme négatif change le sens d'une inégalité.

Teste-toi

Mathématiques · question corrigée

Quelle est la solution de l'équation e^x = 5 ?

Voir la réponse

Réponse C. La fonction ln est la réciproque de l'exponentielle : e^x = 5 équivaut à x = ln(5).

Mathématiques · question corrigée

Que vaut ln(8) − ln(2) ?

Voir la réponse

Réponse A. ln(8) − ln(2) = ln(8/2) = ln(4) = ln(2²) = 2 ln(2). Le piège ln(6) confond quotient et différence.

Questions fréquentes

Pourquoi dit-on logarithme « népérien » ?

Le nom rend hommage au mathématicien écossais John Napier, dont le nom est francisé en Neper, qui a inventé les logarithmes au début du XVIIe siècle pour simplifier les calculs astronomiques.

Comment résoudre ln(x) = 3 ?

On applique l'exponentielle aux deux membres : x = e³. Vérifie que la solution appartient bien à l'ensemble de définition, ici ]0 ; +∞[.

Notions liées

Pour réviser tout le chapitre, va sur la page Mathématiques, ou retrouve toutes les définitions dans le lexique du bac. Dans l'application, les quiz reprennent ces notions sur le programme de ta série.

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