📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
La fonction logarithme népérien, notée $\ln$, est définie sur $]0, +\infty[$. C'est l'unique fonction de $\mathbb{R}^+$ telle que $\ln(1) = 0$ et $(\ln)' = \frac{1}{x}$.
1. Propriétés algébriques : Pour tous $a > 0$ et $b > 0$ :
- $\ln(a \times b) = \ln(a) + \ln(b)$
- $\ln\left(\frac{a}{b}\right) = \ln(a) - \ln(b)$
- $\ln(a^n) = n \ln(a)$ (pour $n \in \mathbb{Z}$)
- $\ln(\sqrt{a}) = \frac{1}{2} \ln(a)$
2. Limites de référence :
- $\lim_{x \to 0^+} \ln(x) = -\infty$ (Asymptote verticale $x=0$)
- $\lim_{x \to +\infty} \ln(x) = +\infty$
- $\lim_{x \to 1} \ln(x) = 0$
3. Croissances comparées :
- $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x} = 0$
- $\lim_{x \to 0^+} x \ln(x) = 0$
- Plus généralement : $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x^n} = 0$ et $\lim_{x \to 0^+} x^n \ln(x) = 0$ (pour $n > 0$).
4. Dérivation :
- Si $f(x) = \ln(x)$, alors $f'(x) = \frac{1}{x}$.
- Si $f(x) = \ln(u(x))$ avec $u(x) > 0$ et $u$ dérivable, alors $f'(x) = \frac{u'(x)}{u(x)}$.
Méthodes à maîtriser
- Déterminer le domaine de définition : Résoudre l'inéquation $u(x) > 0$ pour une fonction $\ln(u(x))$.
- Calculer des limites : Utiliser les croissances comparées pour lever les formes indéterminées $\frac{\infty}{\infty}$ ou $0 \times \infty$.
- Étudier les variations : Calculer la dérivée, étudier son signe, puis dresser le tableau de variations.
- Résoudre $\ln(x) = a$ : Utiliser l'équivalence $\ln(x) = a \iff x = e^a$.
Exemples corrigés
Exemple 1 : Calculer la limite $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x^2}$. Corrigé : D'après le cours sur les croissances comparées, $\lim_{x \to +\infty} \frac{\ln(x)}{x^n} = 0$ pour tout $n > 0$. Ici $n=2$, donc la limite est $0$.
Exemple 2 : Dériver $f(x) = \ln(3x^2 + 1)$. Corrigé : On pose $u(x) = 3x^2 + 1$. On a $u'(x) = 6x$. D'après la formule $f'(x) = \frac{u'(x)}{u(x)}$, on obtient $f'(x) = \frac{6x}{3x^2 + 1}$.
Erreurs fréquentes
- Erreur de domaine : Oublier que $\ln(x)$ n'est pas défini pour $x \leq 0$.
- Erreur de calcul : Confondre $\ln(a+b)$ avec $\ln(a) + \ln(b)$. Attention : $\ln(a+b) \neq \ln(a) + \ln(b)$.
- Erreur de dérivée : Écrire que la dérivée de $\ln(u)$ est $\frac{1}{u'}$. La bonne formule est $\frac{u'}{u}$.