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Fonction logarithme népérien

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Analyse

Fonction logarithme népérien

Définition Fonction logarithme népérien

La fonction logarithme népérien, notée \(\ln\), est la fonction définie sur \(]0,+\infty[\) qui, à tout nombre \(x\) strictement positif, associe le nombre \(y\), noté \(\ln(x)\), dont l’exponentielle est \(x\).

Corollaire Conséquences de la définition

\[\forall x\in]0,+\infty[,\ \forall y\in\mathbb{R},\quad x=e^y\Longleftrightarrow y=\ln x\]
\[\ln(1)=0\qquad\ln(e)=1\]
\[\forall x\in]0,+\infty[,\quad\exp(\ln x)=x\]
\[\forall x\in\mathbb{R},\quad\ln(\exp x)=x\]

Propriété Symétrie des représentations graphiques

Dans un repère orthonormal, les représentations graphiques des fonctions exponentielle et logarithme népérien sont symétriques par rapport à la droite d’équation \(y=x\) (première bissectrice du repère).

Figure Symétrie des courbes exponentielle et logarithme

Courbes exponentielle et logarithme népérien avec première bissectrice.

Propriétés de la fonction logarithme népérien

Propriété Croissance et limites du logarithme népérien

La fonction logarithme népérien est continue et strictement croissante sur \(]0,+\infty[\) avec

\[\lim_{x\to+\infty}\ln x=+\infty\qquad\text{et}\qquad\lim_{x\to0^+}\ln x=-\infty\]

Remarque Asymptote du logarithme népérien

Comme \(\lim_{x\to0^+}\ln x=-\infty\), la courbe de la fonction \(\ln\) admet une asymptote d’équation \(x=0\).

Corollaire Comparaison par le logarithme népérien

\[\forall(x,y)\in]0,+\infty[^2,\quad x<y\Longleftrightarrow\ln x<\ln y\qquad x=y\Longleftrightarrow\ln x=\ln y\]

Propriété Calculs sur le logarithme népérien

\[\forall(x,y)\in(\mathbb{R}_+^*)^2,\quad\ln(xy)=\ln x+\ln y\]
\[\forall x\in\mathbb{R}_+^*,\quad\ln\left(\frac{1}{x}\right)=-\ln x\]
\[\forall(x,y)\in(\mathbb{R}_+^*)^2,\quad\ln\left(\frac{x}{y}\right)=-\ln\left(\frac{y}{x}\right)=\ln x-\ln y\]
\[\forall n\in\mathbb{Z},\ \forall x\in\mathbb{R}_+^*,\quad\ln(x^n)=n\ln x\]
\[\forall x\in\mathbb{R}_+^*,\quad\ln(\sqrt{x})=\frac{1}{2}\ln(x)\]

Propriété Dérivée du logarithme népérien

\[\forall x\in]0,+\infty[,\quad(\ln x)'=\frac{1}{x}\]

Propriété Limites usuelles du logarithme népérien

\[\lim_{x\to1}\frac{\ln x}{x-1}=1,\qquad\lim_{x\to0}\frac{\ln(1+x)}{x}=1,\qquad\lim_{x\to+\infty}\frac{\ln x}{x}=0\qquad\text{et}\qquad\lim_{x\to0^+}x\ln x=0\]