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Fahmio
Fahmio
Bac Tunisie
LN-FFonctions logarithmes

Étude de f(x)=ln⁡(ax+b)f(x)=\ln(ax+b) en section Sport : asymptote verticale, tangente, points de l'annexe, tracé, primitive donnée et aire

Idée directrice

L'exercice de fonction du Sport (l'exercice 3 sur 7 points en 2023, 2025 et 2026) étudie une seule fonction f(x)=ln⁡(ax+b)f(x)=\ln(ax+b) et va jusqu'à une aire. Tout se lit sur u(x)=ax+bu(x)=ax+b : le domaine est u(x)>0u(x)>0, la borne où u(x)→0+u(x)\to0^+ donne −∞-\infty et une asymptote verticale, f′(x)=aax+bf'(x)=\dfrac{a}{ax+b} a le signe de aa. On vérifie ensuite une tangente, on prouve que deux points de l'annexe sont sur la courbe (leurs ordonnées sont 11 et −1-1 parce que ln⁡e=1\ln e=1 et ln⁡1e=−1\ln\frac1e=-1), on trace, puis on dérive la primitive donnée FF pour la justifier et l'aire vaut F(β)−F(α)F(\beta)-F(\alpha) en unités d'aire, car la courbe est au-dessus de l'axe sur l'intervalle.

Ce qui aide à reconnaître la démarche

« Soit ff la fonction définie sur ]2,+∞[]2,+\infty[ par f(x)=ln⁡(x−2)f(x)=\ln(x-2) » ; « donner une équation de l'asymptote verticale » ; « recopier et compléter le tableau de variation » ; « montrer qu'une équation de la tangente TT … est y=…y=\ldots » ; « montrer que les points AA et BB appartiennent à la courbe » ; « tracer la courbe dans le repère de l'annexe » ; « montrer que FF est une primitive de ff » ; « hachurer la partie … calculer l'aire »

Besoin d’un point de départ ? Voir la méthode
  • Domaine de ln⁡(ax+b)\ln(ax+b) : résoudre ax+b>0ax+b>0 ; à la borne finie, ax+b→0+ax+b\to0^+ donne −∞-\infty et une asymptote verticale x=−bax=-\frac ba.
  • Dérivée : (ln⁡(ax+b))′=aax+b\left(\ln(ax+b)\right)'=\dfrac{a}{ax+b} ; sur le domaine le dénominateur est positif, donc le signe de f′f' est celui de aa.
  • Tangente au point d'abscisse x0x_0 : y=f′(x0)(x−x0)+f(x0)y=f'(x_0)(x-x_0)+f(x_0) ; choisir x0x_0 tel que ax0+b=1ax_0+b=1 donne f(x0)=0f(x_0)=0.
  • Point de l'annexe : vérifier que l'abscisse est dans le domaine, puis se ramener à ln⁡e=1\ln e=1 ou ln⁡1e=−1\ln\frac1e=-1.
  • Primitive donnée : dériver FF (produit u vu\,v) et retrouver ff ; l'aire vaut alors F(β)−F(α)F(\beta)-F(\alpha) si f≥0f\ge0 sur [α,β][\alpha,\beta].
Les pièges à vérifier dans ta démarche

Oublier le facteur aa en dérivant (f′(x)=12x−1f'(x)=\frac1{2x-1} au lieu de 22x−1\frac2{2x-1}) ; écrire l'asymptote x=1x=1 (zéro de ff) au lieu de x=12x=\frac12 (borne du domaine) ; tracer la courbe à gauche de Δ\Delta ; calculer F(β)−F(α)F(\beta)-F(\alpha) sans vérifier que f≥0f\ge0 sur l'intervalle ; se tromper dans F(e+12)F\left(\frac{e+1}{2}\right) en oubliant le terme −x-x ; donner une aire sans l'unité d'aire.

Sujet principal

Exercice 3 — fonction logarithme (7 points), dans l'esprit des sessions Sport 2022–2026

4 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Soit ff la fonction définie sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[ par f(x)=ln⁡(2x−1)f(x)=\ln(2x-1), où ln⁡\ln désigne la fonction logarithme népérien, et soit C\mathcal C sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O,i⃗,j⃗)(O,\vec i,\vec j).

    1. Calculer lim⁡x→12+f(x)\lim\limits_{x\to\frac12^+}f(x) et lim⁡x→+∞f(x)\lim\limits_{x\to+\infty}f(x).
    2. En déduire une équation de l'asymptote verticale Δ\Delta à la courbe C\mathcal C.
    3. Montrer que pour tout x>12x>\frac12, f′(x)=22x−1f'(x)=\dfrac{2}{2x-1}.
    4. Recopier et compléter le tableau de variation de ff donné ci-dessous.
    1. Vérifier que f(1)=0f(1)=0 et que f′(1)=2f'(1)=2.
    2. Montrer qu'une équation de la tangente TT à C\mathcal C au point d'abscisse 11 est : y=2x−2y=2x-2.
  1. Dans l'annexe ci-dessous, on a tracé la tangente TT, la droite Δ\Delta et on a placé les points A(e+12,1)A\left(\frac{e+1}{2},1\right) et B(e+12e,−1)B\left(\frac{e+1}{2e},-1\right).
    1. Montrer que les points AA et BB appartiennent à la courbe C\mathcal C.
    2. Tracer la courbe C\mathcal C dans le repère de l'annexe.
    1. Montrer que la fonction FF définie sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[ par F(x)=(x−12)ln⁡(2x−1)−xF(x)=\left(x-\frac12\right)\ln(2x-1)-x est une primitive de ff sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[.
    2. Soit D\mathcal D la partie comprise entre la courbe C\mathcal C, l'axe des abscisses et les droites d'équations x=1x=1 et x=e+12x=\frac{e+1}{2}. Hachurer D\mathcal D.
    3. Soit A\mathcal A l'aire (en u.a) de la partie D\mathcal D. Montrer que A=12\mathcal A=\frac12.

Tableau de variation à compléter (question 1.d) :

x12+∞f′(x)f(x)\begin{array}{c|ccc} x & \frac12 & & +\infty \\ \hline f'(x) & & & \\ \hline f(x) & & & \end{array}
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Idée : tout se lit sur u(x)=2x−1u(x)=2x-1. Quand x→12+x\to\frac12^+, 2x−1→0+2x-1\to0^+, donc lim⁡x→12+f(x)=−∞\boxed{\lim\limits_{x\to\frac12^+}f(x)=-\infty}. Quand x→+∞x\to+\infty, 2x−1→+∞2x-1\to+\infty, donc lim⁡x→+∞f(x)=+∞\boxed{\lim\limits_{x\to+\infty}f(x)=+\infty}.

1.b La limite en 12+\frac12^+ est infinie : la droite Δ:x=12\boxed{\Delta : x=\frac12} est une asymptote verticale à C\mathcal C.

1.c La dérivée de ln⁡u\ln u est u′u\dfrac{u'}{u} avec u(x)=2x−1>0u(x)=2x-1>0 et u′(x)=2u'(x)=2 : f′(x)=22x−1\boxed{f'(x)=\dfrac{2}{2x-1}}.

1.d Pour x>12x>\frac12, 2x−1>02x-1>0, donc f′(x)>0f'(x)>0 : ff est strictement croissante sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[.

x12+∞f′(x)+f(x)−∞↗+∞\begin{array}{c|ccc} x & \frac12 & & +\infty \\ \hline f'(x) & & + & \\ \hline f(x) & -\infty & \nearrow & +\infty \end{array}

2.a f(1)=ln⁡(2−1)=ln⁡1=0f(1)=\ln(2-1)=\ln1=0 et f′(1)=22−1=2f'(1)=\dfrac{2}{2-1}=2.

2.b T:y=f′(1)(x−1)+f(1)=2(x−1)+0T : y=f'(1)(x-1)+f(1)=2(x-1)+0, soit y=2x−2\boxed{y=2x-2}.

3.a Idée : vérifier que l'abscisse est dans le domaine, puis calculer ff en cette abscisse. e+12>12\frac{e+1}{2}>\frac12 et f(e+12)=ln⁡(e+1−1)=ln⁡e=1f\left(\frac{e+1}{2}\right)=\ln(e+1-1)=\ln e=1 : A∈CA\in\mathcal C. De même e+12e=12+12e>12\frac{e+1}{2e}=\frac12+\frac1{2e}>\frac12 et 2×e+12e−1=1e2\times\frac{e+1}{2e}-1=\frac1e, donc f(e+12e)=ln⁡1e=−1f\left(\frac{e+1}{2e}\right)=\ln\frac1e=-1 : B∈CB\in\mathcal C.

3.b La courbe part de −∞-\infty le long de Δ\Delta, passe par BB, touche TT au point (1 ;0)(1\,;0) en restant au-dessous d'elle, passe par AA puis monte lentement vers +∞+\infty.

4.a Idée : on ne cherche pas la primitive, on dérive FF. FF est dérivable sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[ et

F′(x)=ln⁡(2x−1)+(x−12)22x−1−1F'(x)=\ln(2x-1)+\left(x-\tfrac12\right)\dfrac{2}{2x-1}-1

Or (x−12)×22x−1=2x−12x−1=1\left(x-\frac12\right)\times\dfrac{2}{2x-1}=\dfrac{2x-1}{2x-1}=1, donc F′(x)=ln⁡(2x−1)=f(x)F'(x)=\ln(2x-1)=f(x) : FF est une primitive de ff sur ]12,+∞[\left]\frac12,+\infty\right[.

4.b D\mathcal D est la partie comprise entre l'axe des abscisses et l'arc de C\mathcal C qui va du point (1 ;0)(1\,;0) au point AA (figure de correction).

4.c Idée : l'aire est une intégrale seulement si f≥0f\ge0 sur l'intervalle. ff est croissante et f(1)=0f(1)=0, donc f(x)≥0f(x)\ge0 sur [1,e+12]\left[1,\frac{e+1}{2}\right] et

A=∫1e+12f(x) dx=F(e+12)−F(1)\mathcal A=\int_1^{\frac{e+1}{2}}f(x)\,dx=F\left(\tfrac{e+1}{2}\right)-F(1)

Avec F(e+12)=e2ln⁡e−e+12=−12F\left(\frac{e+1}{2}\right)=\frac e2\ln e-\frac{e+1}{2}=-\frac12 et F(1)=12ln⁡1−1=−1F(1)=\frac12\ln1-1=-1 : A=−12−(−1)=12 u.a\boxed{\mathcal A=-\tfrac12-(-1)=\tfrac12\text{ u.a}}.

Changer d’énoncé, garder le raisonnement

Choisis un seul transfert après le sujet principal. Qu’est-ce qui change ? Quel résultat ou quelle méthode peux-tu réutiliser ? Les autres exercices restent disponibles pour une prochaine séance.

Variantes rencontrées : ln⁡(2x−4)\ln(2x-4) avec l'asymptote DD à donner, la tangente déjà tracée sur l'annexe, F(x)=(x−2)ln⁡(2x−4)−xF(x)=(x-2)\ln(2x-4)-x et une aire (contrôle 2022) ; ln⁡(4−x)\ln(4-x) décroissante, bijection sur R\R et f−1(0)f^{-1}(0), f−1(2ln⁡2)f^{-1}(2\ln2) (principale 2022) ; ln⁡(ex+2e)\ln(ex+2e) : on vérifie f(0)=1+ln⁡2f(0)=1+\ln2, trois points placés, F(x)=(x+2)ln⁡(x+2)F(x)=(x+2)\ln(x+2) (principale 2023) ; courbe tracée et f(x)=2ln⁡(ax+b)f(x)=2\ln(ax+b) retrouvée, α\alpha tel que ln⁡(α+2)=1\ln(\alpha+2)=1, aire limitée par la droite y=2y=2 (contrôle 2024) ; ln⁡(x+1)\ln(x+1) et sa tangente y=xy=x en OO, points placés sur l'annexe, F(x)=(x+1)ln⁡(x+1)−xF(x)=(x+1)\ln(x+1)-x (principale 2025) ; ln⁡(x−2)\ln(x-2), tangente y=x−3y=x-3, points A(e+2,1)A(e+2,1) et B(1e+2,−1)B\left(\frac1e+2,-1\right), aire égale à 11 (principale 2026). La forme jumelle exponentielle eax+be^{ax+b} (asymptote horizontale, bijection, réciproque, aire entre la courbe et sa tangente) la remplace aux contrôles 2023, 2025 et 2026, et l'accompagne dans les deux sessions 2022.

Exercices d'entraînement — une nuance à la fois

1 Drill LN-F.1 — ln⁡(ax+b)\ln(ax+b) décroissante : bijection sur R\R et antécédents par ff
Entraînement 01 / 04

Drill LN-F.1 — ln⁡(ax+b)\ln(ax+b) décroissante : bijection sur R\R et antécédents par ff

3 questionsCorrigé masqué

Soit ff la fonction définie sur ]−∞,3[]-\infty,3[ par f(x)=ln⁡(3−x)f(x)=\ln(3-x) et C\mathcal C sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O,i⃗,j⃗)(O,\vec i,\vec j).

    1. Calculer f(0)f(0) et f(2)f(2).
    2. Calculer lim⁡x→−∞f(x)\lim\limits_{x\to-\infty}f(x) et lim⁡x→3−f(x)\lim\limits_{x\to3^-}f(x).
    3. Donner une équation de l'asymptote verticale à la courbe C\mathcal C.
    1. Calculer f′(x)f'(x) pour tout x<3x<3.
    2. Dresser le tableau de variation de ff.
    3. Montrer qu'une équation de la tangente TT à C\mathcal C au point d'abscisse 22 est y=−x+2y=-x+2.
    1. Montrer que ff réalise une bijection de ]−∞,3[]-\infty,3[ sur R\R.
    2. Déterminer f−1(0)f^{-1}(0) et f−1(2ln⁡2)f^{-1}(2\ln2).
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a f(0)=ln⁡3f(0)=\ln3 et f(2)=ln⁡1=0f(2)=\ln1=0.

1.b Idée : regarder u(x)=3−xu(x)=3-x. Quand x→−∞x\to-\infty, 3−x→+∞3-x\to+\infty, donc f(x)→+∞f(x)\to+\infty. Quand x→3−x\to3^-, 3−x→0+3-x\to0^+, donc f(x)→−∞f(x)\to-\infty.

1.c La droite d'équation x=3\boxed{x=3} est une asymptote verticale à C\mathcal C.

2.a Avec u(x)=3−xu(x)=3-x et u′(x)=−1u'(x)=-1 : f′(x)=−13−x\boxed{f'(x)=\dfrac{-1}{3-x}}.

2.b Pour x<3x<3, 3−x>03-x>0, donc f′(x)<0f'(x)<0 : ff est strictement décroissante sur ]−∞,3[]-\infty,3[.

x−∞3f′(x)−f(x)+∞↘−∞\begin{array}{c|ccc} x & -\infty & & 3 \\ \hline f'(x) & & - & \\ \hline f(x) & +\infty & \searrow & -\infty \end{array}

2.c f(2)=0f(2)=0 et f′(2)=−11=−1f'(2)=\frac{-1}{1}=-1 : T:y=−1×(x−2)+0T : y=-1\times(x-2)+0, soit y=−x+2y=-x+2.

3.a Idée : continue et strictement monotone, puis les limites donnent l'intervalle image. ff est continue et strictement décroissante sur ]−∞,3[]-\infty,3[, donc elle réalise une bijection de ]−∞,3[]-\infty,3[ sur ]lim⁡3−f,lim⁡−∞f[= ]−∞,+∞[ =R\left]\lim\limits_{3^-}f,\lim\limits_{-\infty}f\right[=\,]-\infty,+\infty[\,=\R.

3.b f−1(0)f^{-1}(0) est l'unique antécédent de 00 : f(2)=0f(2)=0, donc f−1(0)=2\boxed{f^{-1}(0)=2}. Pour 2ln⁡2=ln⁡42\ln2=\ln4 : ln⁡(3−x)=ln⁡4  ⟺  3−x=4  ⟺  x=−1\ln(3-x)=\ln4\iff3-x=4\iff x=-1, donc f−1(2ln⁡2)=−1\boxed{f^{-1}(2\ln2)=-1}.

2 Drill LN-F.2 — aire entre la courbe et sa tangente : primitive GG de f−Tf-T donnée
Entraînement 02 / 04

Drill LN-F.2 — aire entre la courbe et sa tangente : primitive GG de f−Tf-T donnée

2 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Soit ff la fonction définie sur ]−3,+∞[]-3,+\infty[ par f(x)=ln⁡(x+3)f(x)=\ln(x+3). On a tracé ci-dessous sa courbe C\mathcal C et sa tangente TT au point E(−2,0)E(-2,0) ; la courbe C\mathcal C est au-dessous de TT.

    1. Vérifier que f(−2)=0f(-2)=0.
    2. Montrer qu'une équation de la tangente TT est y=x+2y=x+2.
  1. Soit A\mathcal A l'aire de la partie PP comprise entre la courbe C\mathcal C, la tangente TT et les droites d'équations x=−2x=-2 et x=e−3x=e-3.
    1. Hachurer la partie PP.
    2. Soit GG la fonction définie sur ]−3,+∞[]-3,+\infty[ par G(x)=(x+3)ln⁡(x+3)−x22−3xG(x)=(x+3)\ln(x+3)-\frac{x^2}{2}-3x. Montrer que pour tout x>−3x>-3, G′(x)=f(x)−(x+2)G'(x)=f(x)-(x+2).
    3. En déduire que A=G(−2)−G(e−3)\mathcal A=G(-2)-G(e-3).
    4. Justifier alors que A=e22−e−12\mathcal A=\dfrac{e^2}{2}-e-\dfrac12.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a f(−2)=ln⁡1=0f(-2)=\ln1=0.

1.b f′(x)=1x+3f'(x)=\dfrac{1}{x+3}, donc f′(−2)=1f'(-2)=1 : T:y=1×(x+2)+0T : y=1\times(x+2)+0, soit y=x+2y=x+2.

2.a PP est la bande comprise entre la droite TT (en haut) et la courbe C\mathcal C (en bas), de l'abscisse −2-2 à l'abscisse e−3≈−0,28e-3\approx-0{,}28.

2.b G′(x)=ln⁡(x+3)+(x+3)×1x+3−x−3=ln⁡(x+3)−x−2G'(x)=\ln(x+3)+(x+3)\times\dfrac1{x+3}-x-3=\ln(x+3)-x-2, c'est-à-dire G′(x)=f(x)−(x+2)G'(x)=f(x)-(x+2).

2.c Idée : l'aire s'écrit « fonction du haut moins fonction du bas » ; ici le haut est TT, pas C\mathcal C. Sur [−2,e−3][-2,e-3], x+2≥f(x)x+2\ge f(x), donc

A=∫−2e−3((x+2)−f(x)) dx\mathcal A=\int_{-2}^{e-3}\big((x+2)-f(x)\big)\,dx

Comme (x+2)−f(x)=−G′(x)(x+2)-f(x)=-G'(x), on obtient A=−(G(e−3)−G(−2))=G(−2)−G(e−3)\mathcal A=-\big(G(e-3)-G(-2)\big)=G(-2)-G(e-3).

2.d G(−2)=1×ln⁡1−2+6=4G(-2)=1\times\ln1-2+6=4. Avec ln⁡e=1\ln e=1 :

G(e−3)=e−(e−3)22−3(e−3)G(e-3)=e-\tfrac{(e-3)^2}{2}-3(e-3)

soit G(e−3)=e−e22+92G(e-3)=e-\frac{e^2}{2}+\frac92 après développement. Donc A=4−e+e22−92\mathcal A=4-e+\frac{e^2}{2}-\frac92 : A=e22−e−12≈0,48 u.a\boxed{\mathcal A=\tfrac{e^2}{2}-e-\tfrac12\approx0{,}48\text{ u.a}}.

3 Drill LN-F.3 — solution α\alpha de f(x)=2f(x)=2 : ln⁡(α+1)=1\ln(\alpha+1)=1 simplifie F(α)F(\alpha), aire sous la droite y=2y=2
Entraînement 03 / 04

Drill LN-F.3 — solution α\alpha de f(x)=2f(x)=2 : ln⁡(α+1)=1\ln(\alpha+1)=1 simplifie F(α)F(\alpha), aire sous la droite y=2y=2

3 questionsFigure fournieCorrigé masqué

Soit ff la fonction définie sur ]−1,+∞[]-1,+\infty[ par f(x)=2ln⁡(x+1)f(x)=2\ln(x+1). On a tracé ci-dessous sa courbe C\mathcal C et la droite d'équation y=2y=2.

    1. Calculer lim⁡x→−1+f(x)\lim\limits_{x\to-1^+}f(x) et lim⁡x→+∞f(x)\lim\limits_{x\to+\infty}f(x).
    2. Calculer f′(x)f'(x) et en déduire le sens de variation de ff.
    1. Calculer f(0)f(0), f(1)f(1) et f(2)f(2) (on donne 2ln⁡2≈1,392\ln2\approx1{,}39 et 2ln⁡3≈2,202\ln3\approx2{,}20).
    2. Montrer que l'équation f(x)=2f(x)=2 admet dans ]−1,+∞[]-1,+\infty[ une unique solution α\alpha et que 1<α<21<\alpha<2.
  1. On désigne par HH la partie comprise entre la courbe C\mathcal C, la droite d'équation y=2y=2 et les droites d'équations x=0x=0 et x=αx=\alpha.
    1. Hachurer HH.
    2. Vérifier que la fonction F:x⟼2(x+1)ln⁡(x+1)−2xF:x\longmapsto2(x+1)\ln(x+1)-2x est une primitive de ff sur ]−1,+∞[]-1,+\infty[.
    3. Justifier que ln⁡(α+1)=1\ln(\alpha+1)=1 et en déduire que F(α)=2F(\alpha)=2.
    4. Montrer que l'aire de HH est 2α−22\alpha-2 u.a, puis donner sa valeur exacte.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a Quand x→−1+x\to-1^+, x+1→0+x+1\to0^+, donc f(x)→−∞f(x)\to-\infty ; quand x→+∞x\to+\infty, f(x)→+∞f(x)\to+\infty.

1.b f′(x)=2x+1>0f'(x)=\dfrac{2}{x+1}>0 sur ]−1,+∞[]-1,+\infty[ : ff est strictement croissante sur ]−1,+∞[]-1,+\infty[.

2.a f(0)=2ln⁡1=0f(0)=2\ln1=0, f(1)=2ln⁡2≈1,39f(1)=2\ln2\approx1{,}39 et f(2)=2ln⁡3≈2,20f(2)=2\ln3\approx2{,}20.

2.b Idée : continue, strictement croissante, et 22 est atteint entre deux valeurs qui l'encadrent. ff est continue et strictement croissante sur ]−1,+∞[]-1,+\infty[ et réalise une bijection sur R\R (limites −∞-\infty et +∞+\infty) : l'équation f(x)=2f(x)=2 admet une unique solution α\alpha. Comme f(1)<2<f(2)f(1)<2<f(2), 1<α<2\boxed{1<\alpha<2}.

3.a HH est la partie comprise entre l'arc de C\mathcal C (en bas) et la droite y=2y=2 (en haut), de x=0x=0 à x=αx=\alpha.

3.b F′(x)=2ln⁡(x+1)+2(x+1)×1x+1−2=2ln⁡(x+1)=f(x)F'(x)=2\ln(x+1)+2(x+1)\times\dfrac1{x+1}-2=2\ln(x+1)=f(x) : FF est une primitive de ff.

3.c f(α)=2f(\alpha)=2 s'écrit 2ln⁡(α+1)=22\ln(\alpha+1)=2, donc ln⁡(α+1)=1\ln(\alpha+1)=1. Alors F(α)=2(α+1)×1−2αF(\alpha)=2(\alpha+1)\times1-2\alpha, soit F(α)=2\boxed{F(\alpha)=2}.

3.d Idée : sur [0,α][0,\alpha], la droite est au-dessus de la courbe (ff croissante et f(α)=2f(\alpha)=2).

A=∫0α(2−f(x)) dx=2α−(F(α)−F(0))\mathcal A=\int_0^{\alpha}\big(2-f(x)\big)\,dx=2\alpha-\big(F(\alpha)-F(0)\big)

Avec F(α)=2F(\alpha)=2 et F(0)=0F(0)=0 : A=2α−2\mathcal A=2\alpha-2. De ln⁡(α+1)=1\ln(\alpha+1)=1 on tire α=e−1\alpha=e-1, donc A=2e−4≈1,44 u.a\boxed{\mathcal A=2e-4\approx1{,}44\text{ u.a}}.

4 Drill LN-F.4 — la forme jumelle ex−1e^{x-1} : asymptote horizontale, réciproque 1+ln⁡x1+\ln x, points de la courbe réciproque
Entraînement 04 / 04

Drill LN-F.4 — la forme jumelle ex−1e^{x-1} : asymptote horizontale, réciproque 1+ln⁡x1+\ln x, points de la courbe réciproque

4 questionsCorrigé masqué

Soit ff la fonction définie sur R\R par f(x)=ex−1f(x)=e^{x-1} et C\mathcal C sa courbe représentative.

    1. Calculer f(1)f(1) et f(2)f(2).
    2. Déterminer lim⁡x→−∞f(x)\lim\limits_{x\to-\infty}f(x) et lim⁡x→+∞f(x)\lim\limits_{x\to+\infty}f(x), puis interpréter graphiquement la limite en −∞-\infty.
  1. Calculer f′(x)f'(x) et dresser le tableau de variation de ff.
    1. Montrer que ff réalise une bijection de R\R sur ]0,+∞[]0,+\infty[.
    2. Vérifier que pour tout x∈ ]0,+∞[x\in\,]0,+\infty[, f−1(x)=1+ln⁡xf^{-1}(x)=1+\ln x.
    3. On note C′\mathcal C' la courbe de f−1f^{-1}. Montrer que les points A(1,1)A(1,1), B(e,2)B(e,2) et D(1e,0)D\left(\frac1e,0\right) appartiennent à C′\mathcal C'.
  2. Calculer l'aire (en u.a) de la partie comprise entre C\mathcal C et l'axe des abscisses, pour xx allant de 00 à 11.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche

1.a f(1)=e0=1f(1)=e^0=1 et f(2)=e1=ef(2)=e^1=e.

1.b Quand x→−∞x\to-\infty, x−1→−∞x-1\to-\infty, donc f(x)→0f(x)\to0 ; quand x→+∞x\to+\infty, f(x)→+∞f(x)\to+\infty. La droite y=0y=0 (l'axe des abscisses) est une asymptote horizontale à C\mathcal C au voisinage de −∞-\infty.

2. f′(x)=ex−1>0f'(x)=e^{x-1}>0 : ff est strictement croissante sur R\R, de 00 (en −∞-\infty) à +∞+\infty.

x−∞+∞f′(x)+f(x)0↗+∞\begin{array}{c|ccc} x & -\infty & & +\infty \\ \hline f'(x) & & + & \\ \hline f(x) & 0 & \nearrow & +\infty \end{array}

3.a ff est continue et strictement croissante sur R\R : elle réalise une bijection de R\R sur ]0,+∞[]0,+\infty[.

3.b Idée : résoudre y=f(x)y=f(x) en xx, le ln⁡\ln défait l'exponentielle. Pour y>0y>0 : ex−1=y  ⟺  x−1=ln⁡y  ⟺  x=1+ln⁡ye^{x-1}=y\iff x-1=\ln y\iff x=1+\ln y. Donc f−1(x)=1+ln⁡x\boxed{f^{-1}(x)=1+\ln x} sur ]0,+∞[]0,+\infty[.

3.c f−1(1)=1+ln⁡1=1f^{-1}(1)=1+\ln1=1, f−1(e)=1+1=2f^{-1}(e)=1+1=2 et f−1(1e)=1−1=0f^{-1}\left(\frac1e\right)=1-1=0 : AA, BB et DD sont sur C′\mathcal C' (ce sont les symétriques des points (1,1)(1,1), (2,e)(2,e) et (0,1e)(0,\frac1e) de C\mathcal C par rapport à la droite y=xy=x).

4. f>0f>0, donc l'aire vaut ∫01ex−1 dx=[ex−1]01=1−1e\displaystyle\int_0^1e^{x-1}\,dx=\left[e^{x-1}\right]_0^1=1-\frac1e, soit 1−1e≈0,63 u.a\boxed{1-\tfrac1e\approx0{,}63\text{ u.a}}.

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