Propriétés algébriques de la fonction logarithme népérien

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Historiquement, la fonction ln a été inventée pour simplifier les calculs, car elle permet de convertir les multiplications, longues à effectuer et souvent sources d’erreurs, en de simples additions.

I. Propriétés algébriques

Pour tous réels strictement positifs a et b, et pour tout entier n, on a :

 ln(ab) = ln(a) + ln(b)

  ln1a=−lna

  lnab=lna−lnb

 ln(an) = nln(a)

Conséquence : Pour tout réel strictement positif a, on a :

lna=12lna

II. Équations et inéquations

Pour tous réels a et b strictement positifs, on a :

ln(a) = ln(b) ⇔ b

  

ln(a) < ln(b) ⇔ b

Exemple : ln(3x) = ln6 ⇔ 3= 6 ⇔ = 2.

Conséquence : Pour tout réel m et tout réel strictement positif x, on a :

  

ln(x) = ⇔ = em

  

ln(x) < ⇔ < em

En particulier : ln(a) < 0 ⇔ 0 < < 1.

Exemple : ln(1 + x) = 4 ⇔ 1 + = e4 ⇔ = e4 − 1.

Remarque : Si q et a sont des réels strictement positifs et si n est un entier naturel, alors qn ⇔ nln(q) > ln(a).

À noter

Cette remarque permet de déterminer un seuil dans l’étude d’une suite géométrique.

Méthodes

1) Simplifier ou transformer une expression

On pose A=ln12−3ln22ln3−ln6 et B = e− ln 2 + ln(e− 2).

Montrer que A est un entier et que B est un rationnel.

Conseils

Pour simplifier A, utilisez la propriété sur le logarithme d’un produit.

Pour simplifier B, utilisez la définition du logarithme.

 

Solution

A=ln3 × 22−3ln22ln3−ln3 × 2=ln3+2ln2−3ln22ln3−ln3+ln2=ln3−ln2ln3−ln2=1.

B=1eln2+lne−2=12−2=−32. Donc B est rationnel.

2)  Résoudre une inéquation

On considère la suite géométrique de terme général un=12n.

Déterminer à partir de quel rang n on a un ≤ 10− 5.

Conseils

Modifiez la condition un ≤ 10-5 en prenant le logarithme népérien de chaque membre, pour faire passer l’inconnue n d’exposant à coefficient.

 

Solution

Pour tout ∈ ℕ, un > 0. On peut donc utiliser la croissance de la fonction ln puisque les deux membres de l’inégalité sont positifs. On obtient :

acaad5f4-c9d1-46c5-9e5b-5b1287b1b23f

Donc un ≤ 10-5 à partir du rang = 17.

À noter

Attention aux signes dans les résolutions d’inéquations !