+ qu'un profMon espace

Terminale Spé Maths / Chapitre 5 : Fonction logarithme

Guide de rédaction : fonction logarithme

Ce guide complète le Guide de rédaction général.

Il rassemble, pour le chapitre Fonction logarithme, les quatorze situations qui reviennent au bac et, pour chacune, la rédaction modèle.

Avec ln⁡\ln, la rédaction commence toujours par l'ensemble de définition : c'est le réflexe qui distingue les copies excellentes des autres.

🎯 Le principe du chapitre

Avec le logarithme, un correcteur regarde surtout cinq choses :

  • l'ensemble de définition écrit en premier ;
  • les équivalences justifiées (ln⁡A=ln⁡B  ⟺  A=B\ln A=\ln B\iff A=B pour A,B>0A,B>0) ;
  • la vérification des solutions ;
  • les croissances comparées nommées ;
  • le sens des inégalités (retourné quand on divise par un logarithme négatif).

1. Les quatorze situations et leur rédaction modèle

Situation 1 : l'ensemble de définition.

« f(x)f(x) existe si et seulement si 1+x1−x>0\dfrac{1+x}{1-x}>0. Un tableau de signes donne −1<x<1-1<x<1. Donc l'ensemble de définition est D=]−1 ;1[D=]-1\,;1[. »

Pour une somme : « ln⁡x+ln⁡(x−2)\ln x+\ln(x-2) existe si et seulement si x>0x>0 et x−2>0x-2>0, soit x>2x>2. »

Situation 2 : transformer avec les propriétés.

« Pour a,b>0a,b>0, ln⁡(ab)=ln⁡a+ln⁡b\ln(ab)=\ln a+\ln b. Donc ln⁡72=ln⁡(23×32)=3ln⁡2+2ln⁡3\ln72=\ln\left(2^3\times3^2\right)=3\ln2+2\ln3. »

⚠️ Précise que les nombres sont strictement positifs : les formules ne valent pas pour un réel négatif.

Situation 3 : résoudre une équation avec ln⁡\ln (ln⁡x+ln⁡(x−1)=ln⁡6\ln x+\ln(x-1)=\ln6).

« Ensemble de définition : x>0x>0 et x−1>0x-1>0, soit x>1x>1.

Résolution : pour x>1x>1, ln⁡x+ln⁡(x−1)=ln⁡(x(x−1))\ln x+\ln(x-1)=\ln\big(x(x-1)\big). Donc l'équation équivaut à x(x−1)=6x(x-1)=6, soit x2−x−6=0x^2-x-6=0. (x−3)(x+2)=0(x-3)(x+2)=0, donc x=3x=3 ou x=−2x=-2.

Vérification : comme x>1x>1, −2-2 est exclu.

Conclusion : S={3}S=\{3\}. »

Situation 4 : résoudre une inéquation avec ln⁡\ln (ln⁡(2x+1)<1\ln(2x+1)<1).

« Ensemble de définition : 2x+1>02x+1>0, soit x>−12x>-\dfrac12.

Comme ln⁡\ln est strictement croissante et ln⁡e=1\ln e=1 : ln⁡(2x+1)<1  ⟺  2x+1<e  ⟺  x<e−12\ln(2x+1)<1\iff2x+1<e\iff x<\dfrac{e-1}2.

Conclusion : S=]−12 ;e−12[S=\left]-\dfrac12\,;\dfrac{e-1}2\right[. »

Situation 5 : une équation exponentielle avec changement de variable.

« On pose X=exX=e^x, avec X>0X>0. L'équation e2x−3ex+2=0e^{2x}-3e^x+2=0 devient X2−3X+2=0X^2-3X+2=0. (X−1)(X−2)=0(X-1)(X-2)=0, donc X=1X=1 ou X=2X=2. Ces deux valeurs sont strictement positives. Donc ex=1e^x=1 ou ex=2e^x=2, soit x=0x=0 ou x=ln⁡2x=\ln2. »

⚠️ Dis explicitement que X>0X>0, et écarte les solutions négatives.

Situation 6 : un seuil avec ln⁡\ln (0,85n<0,10{,}85^n<0{,}1).

« Comme ln⁡\ln est strictement croissante, 0,85n<0,1  ⟺  nln⁡0,85<ln⁡0,10{,}85^n<0{,}1\iff n\ln0{,}85<\ln0{,}1. Comme 0,85<10{,}85<1, ln⁡0,85<0\ln0{,}85<0 : on divise en retournant l'inégalité. n>ln⁡0,1ln⁡0,85≈14,17n>\dfrac{\ln0{,}1}{\ln0{,}85}\approx14{,}17. Le plus petit entier est n=15n=15. »

💡 Pour q>1q>1, ln⁡q>0\ln q>0 et on ne retourne pas l'inégalité. Donne toujours l'entier, pas la valeur décimale.

Situation 7 : dériver ln⁡u\ln u.

« Pour x>−23x>-\dfrac23, 3x+2>03x+2>0 : ff est dérivable sur ]−23 ;+∞[\left]-\dfrac23\,;+\infty\right[ comme composée de x↦3x+2x\mapsto3x+2 (strictement positive) et de ln⁡\ln. Avec (ln⁡u)′=u′u(\ln u)'=\dfrac{u'}u : f′(x)=33x+2f'(x)=\dfrac3{3x+2}. »

Situation 8 : une limite avec croissances comparées.

« Pour x>0x>0, x−ln⁡x=x(1−ln⁡xx)x-\ln x=x\left(1-\dfrac{\ln x}x\right). Par croissances comparées, ln⁡xx→0\dfrac{\ln x}x\to0, donc 1−ln⁡xx→11-\dfrac{\ln x}x\to1. Par produit, lim⁡x→+∞(x−ln⁡x)=+∞\displaystyle\lim_{x\to+\infty}(x-\ln x)=+\infty. »

« Par croissances comparées, lim⁡x→0+xln⁡x=0\displaystyle\lim_{x\to0^+}x\ln x=0. »

⚠️ Nomme toujours le résultat : « par croissances comparées ».

Situation 9 : une limite par nombre dérivé.

« lim⁡h→0ln⁡(1+h)h\displaystyle\lim_{h\to0}\dfrac{\ln(1+h)}h est le nombre dérivé de x↦ln⁡(1+x)x\mapsto\ln(1+x) en 00, qui vaut 11+0=1\dfrac1{1+0}=1. »

Pour ln⁡xx−1\dfrac{\ln x}{x-1} en 11 : « c'est le taux d'accroissement de ln⁡\ln en 11, qui tend vers ln⁡′(1)=1\ln'(1)=1. »

Situation 10 : l'étude d'une fonction avec ln⁡\ln.

  1. Domaine : « ff est définie sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. »
  2. Limites : avec croissances comparées, et le comportement de ln⁡x\ln x en 0+0^+.
  3. Dérivée : « ff est dérivable comme … Pour tout x>0x>0, f′(x)=…f'(x)=\dots ».
  4. Signe : facteur par facteur (x>0x>0, x2>0x^2>0, ln⁡x\ln x du signe de x−1x-1).
  5. Tableau : limites, valeurs (f(1)f(1), f(e)f(e), f(1e)f\left(\dfrac1e\right)…).
  6. Convexité, tangente, équation selon les questions.

Situation 11 : utiliser ou démontrer ln⁡x≤x−1\ln x\le x-1.

« Soit f(x)=x−ln⁡xf(x)=x-\ln x sur ]0 ;+∞[]0\,;+\infty[. f′(x)=x−1xf'(x)=\dfrac{x-1}x, du signe de x−1x-1. Donc ff admet un minimum en 11, égal à f(1)=1f(1)=1. Ainsi x−ln⁡x≥1x-\ln x\ge1, soit ln⁡x≤x−1\ln x\le x-1 pour tout x>0x>0. »

Ou : « ln⁡\ln est concave, sa courbe est en dessous de sa tangente en 11, d'équation y=x−1y=x-1. »

Situation 12 : suites avec ln⁡\ln.

Monotonie : « Comme ln⁡x≤x−1\ln x\le x-1, avec x=1+unx=1+u_n : ln⁡(1+un)≤un\ln(1+u_n)\le u_n, donc un+1≤unu_{n+1}\le u_n. »

Limite de (1+an)n\left(1+\dfrac an\right)^n : « (1+an)n=enln⁡(1+an)\left(1+\dfrac an\right)^n=e^{n\ln\left(1+\frac an\right)} et nln⁡(1+an)=a×ln⁡(1+h)hn\ln\left(1+\dfrac an\right)=a\times\dfrac{\ln(1+h)}h avec h=an→0h=\dfrac an\to0. Donc nln⁡(1+an)→an\ln\left(1+\dfrac an\right)\to a. Par composition, la limite est eae^a. »

Situation 13 : un problème de modélisation.

« N(t+T)=N(t)×e0,3TN(t+T)=N(t)\times e^{0{,}3T}. Donc N(t+T)=2N(t)  ⟺  e0,3T=2  ⟺  T=ln⁡20,3≈2,31N(t+T)=2N(t)\iff e^{0{,}3T}=2\iff T=\dfrac{\ln2}{0{,}3}\approx2{,}31 heures, quel que soit tt.

Conclusion : le temps de doublement est d'environ 2,312{,}31 heures. »

⚠️ Une conclusion en contexte, avec l'unité, est obligatoire.

Situation 14 : vrai/faux et contre-exemple.

« L'affirmation est fausse. Contre-exemple : a=b=1a=b=1. ln⁡(a+b)=ln⁡2≠0=ln⁡a+ln⁡b\ln(a+b)=\ln2\neq0=\ln a+\ln b. »

2. Avant / après sur le logarithme

a) Une équation.

❌ « ln⁡x+ln⁡(x−1)=ln⁡6\ln x+\ln(x-1)=\ln6 donc x(x−1)=6x(x-1)=6 donc x=3x=3 ou x=−2x=-2. »

✅ « Pour x>1x>1, l'équation équivaut à x(x−1)=6x(x-1)=6, donc x=3x=3 ou x=−2x=-2. Comme x>1x>1, S={3}S=\{3\}. »

Ce qui manque à la première : l'ensemble de définition et l'élimination de −2-2.

b) Un seuil.

❌ « 0,85n<0,10{,}85^n<0{,}1 donc n<ln⁡0,1ln⁡0,85n<\dfrac{\ln0{,}1}{\ln0{,}85}. »

✅ « nln⁡0,85<ln⁡0,1n\ln0{,}85<\ln0{,}1, et ln⁡0,85<0\ln0{,}85<0, donc n>ln⁡0,1ln⁡0,85≈14,17n>\dfrac{\ln0{,}1}{\ln0{,}85}\approx14{,}17, soit n=15n=15. »

c) Une limite.

❌ « xln⁡x=0×(−∞)=0x\ln x=0\times(-\infty)=0. »

✅ « Par croissances comparées, lim⁡x→0+xln⁡x=0\displaystyle\lim_{x\to0^+}x\ln x=0. »

d) Une propriété.

❌ « ln⁡(a+b)=ln⁡a+ln⁡b\ln(a+b)=\ln a+\ln b. »

✅ « ln⁡(ab)=ln⁡a+ln⁡b\ln(ab)=\ln a+\ln b. Il n'existe pas de formule pour ln⁡(a+b)\ln(a+b). »

3. Les erreurs de rédaction propres à ce chapitre

  • Oublier l'ensemble de définition, ou garder une solution qui n'y appartient pas.
  • Écrire ln⁡(a+b)=ln⁡a+ln⁡b\ln(a+b)=\ln a+\ln b, ou ln⁡xln⁡y=ln⁡xy\dfrac{\ln x}{\ln y}=\ln\dfrac xy.
  • Oublier de retourner l'inégalité en divisant par un logarithme négatif.
  • Poser X=exX=e^x sans dire que X>0X>0, et garder une solution négative.
  • Une limite avec ln⁡\ln sans citer les croissances comparées.
  • Oublier que ln⁡x→−∞\ln x\to-\infty en 0+0^+.
  • Dériver ln⁡u\ln u sans vérifier que u>0u>0.
  • Un seuil non entier, ou un résultat de modélisation sans unité.

4. La check-list du chapitre Fonction logarithme

  • J'ai écrit l'ensemble de définition avant toute équation ou dérivée.
  • Mes équivalences utilisent bien ln⁡A=ln⁡B  ⟺  A=B\ln A=\ln B\iff A=B avec A,B>0A,B>0.
  • J'ai vérifié que mes solutions appartiennent à l'ensemble de définition.
  • Dans un seuil, j'ai regardé le signe de ln⁡q\ln q avant de diviser.
  • Chaque limite avec ln⁡\ln cite les croissances comparées ou un nombre dérivé.
  • Mon tableau contient les limites et les valeurs remarquables.
  • Pour un problème, ma conclusion est en contexte, avec l'unité.
  • J'ai vérifié avec une valeur simple : ln⁡1=0\ln1=0, ln⁡e=1\ln e=1.

😄 Un logarithme sans ensemble de définition, c'est un pilote sans licence : ça roule tant que personne ne contrôle, et le correcteur contrôle.

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

Réserver un appel découverte