Exercices d'entrainement types du Bac : Fonctions Logarithmes, Exponentielles et Puissances

Classe: 
Terminale

Exercice 1

Résoudre dans R les équations et inéquations suivantes :
 
a) ln(2x3)=1
 
b) ln(3x+5)ln(x2)=1
 
c) (lnx)24lnx+30
 
d) ln(2x1)+ln|x1|=ln(2x25x+5)
 
e) 1ex5
 
f) e2x33ex+60
 
g) ln(x+1)2x
 
h) ln(x+1x2)0
 
i) ex+2<e
 
j) (ex+11)(eex2)0

Exercice 2

Résoudre dans R les équations et inéquations suivantes :
 
a) (2x3)(2x4)(x472)=0
 
b) 4x3×2x10=0
 
c) (37)x<9
 
d) x2<4
 
e) x22x
 
f) lnx+ln(10x2)=ln(11x2+7)ln2
 
g) 5x<101000

Exercice 3

Résoudre dans R les équations suivantes :
 
a) e3x+e2x10ex+8=0
 
b) e2x1e2x+22e3=0
 
c) 2ex4ex+2=0
 
d) e2x+ex+1+ex=e
 
e) Déterminer suivant m le nombre de solutions de l'équation (m1)ex+mex=2m

Exercice 4

Résoudre dans R2 les systèmes suivants :
 
(S1) : {lnx+lny=23lnx+2lny=4,(S2) : {ex+2ey=23ex4ey=1

(S3) : {ex2×ey3=1ln(2x)+lny=2ln2+ln3,(S4) : {ln(xy)=53ln(xy)=3

(S5) : {ln(xy)=73lnxlny=12,(S6) : {exe7=(1ey)3lnx2lny=ln4

 
(S7) : {exe3y+1=0ln(x+4)+ln(y+1)=ln3

Exercice 5

Déterminer les limites suivantes en + :
 
lim
 
\lim_{x\rightarrow +\infty}1+x+x^{2}-\mathrm{e}^{3x}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow +\infty}\dfrac{\ln x}{\sqrt{7}^{x}}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow +\infty}\dfrac{\mathrm{e}^{2x^{2}}}{x^{4}+1}

Exercice 6

Déterminer les limites suivantes en -\infty\ :
 
\lim_{x\rightarrow -\infty}x^{4}-\mathrm{e}^{-x}+2\;,\qquad\lim_{x\rightarrow -\infty}\dfrac{\mathrm{e}^{x}+1}{\mathrm{e}^{2x}+3\mathrm{e}^{x}-1}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow -\infty}\dfrac{\ln\left(1+\mathrm{e}^{x}\right)}{\mathrm{e}^{2x}}

Exercice 7

Déterminer les limites suivantes lorsque en 0 :
 
\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{\ln(1+\sin x)}{x}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow 0}(x^{4}\ln^{2}x)\;,\qquad\lim_{x\rightarrow 0}\left(-3\ln(-x)+\dfrac{2}{x}\right)
 
\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{\mathrm{e}^{2x}-1}{x}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{\mathrm{e}^{-x}-1}{x\ln x}\;,\qquad\lim_{x\rightarrow 0}\dfrac{\mathrm{e}^{2x}-\mathrm{e}^{-x}}{2x}

Exercice 8

Déterminer les ensembles de définitions des fonctions suivantes :
 
a) f(x)=\ln(1-\ln x)
 
b) g(x)=\ln|\ln x|
 
c) h(x)=\dfrac{\ln(5-2x)}{\ln x}
 
d) k(x)=\ln|\mathrm{e}^{x}-2|
 
e) m(x)=\ln(4-x^{2})
 
f) \varphi(x)=\sqrt{2-\mathrm{e}^{x}}
 
g) \psi(x)=\ln|x^{2}-5x+4|
 
h) \chi(x)=\dfrac{\ln x}{x^{2}-1}
 
i) \tau(x)=\sqrt{3-\ln x}
 
j) \iota(x)=3\ln x+\dfrac{2}{\ln x-1}

Exercice 9

Déterminer les limites des fonctions suivantes aux bornes de leurs ensembles de définition respectifs et donner la fonction dérivée associée :
 
f(x)=\ln\left(\dfrac{2+x}{2-x}\right)\;,\qquad g(x)=\ln\left|\dfrac{x-2}{x-1}\right|\;,\qquad\varphi(x)=\sqrt{(\ln x)^{2}-1}
 
\psi(x)=(1-\ln x)^{3}\;,\qquad\kappa(x)=\dfrac{\ln(1+x^{2})}{x^{2}}\;,\qquad\Phi(x)=\ln(2x\ln x)
 
\chi(x)=\mathrm{e}^{x}-\ln(\mathrm{e}^{x}+1)\;,\qquad\varsigma(x)=\mathrm{e}^{\frac{1}{\ln x}}\;,\qquad\pi(x)=x\left(\mathrm{e}^{\frac{1}{x}}-1\right)
 
\lambda(x)=\dfrac{\mathrm{e}^{x^{2}}}{x+2}-3\mathrm{e}^{-4x}\;,\qquad\xi(x)=x\mathrm{e}^{\sqrt{x}}\;,\qquad\theta(x)=\dfrac{x\mathrm{e}^{x}-1}{\mathrm{e}^{x}-1}

Exercice 10

1) Réaliser l'étude de la fonction f\ :\ x\mapsto\ 3\mathrm{e}^{2x}-6\mathrm{e}^{x}-1.
 
2) Construire la courbe représentative de f dans un repère orthogonal.
 
3) Justifier que f s'annule exactement une fois sur \mathbb{R} et donner un encadrement à 10^{-2} près du "zéro" de f.
 
4) En déduire le tableau de variation de la fonction g définie sur \mathbb{R} par g(x)=3\mathrm{e}^{2x}-12\mathrm{e}^{x}-2x+1.

Exercice 11

Soit k est un réel strictement positif.

On considère f_{k}, la fonction définie sur \mathbb{R} par f_{k}(x)=\mathrm{e}^{-kx^{2}}\ et soit \ g, la fonction définie sur \mathbb{R} par :
g(x)=\dfrac{\mathrm{e}^{-x^{2}}}{x^{2}+1}
1) Étudier la fonction f_{k}\;,\ k étant fixé.
 
2) Déterminer la position relative des courbes \mathcal{C}_{k} et \mathcal{C}_{\rho} représentatives des fonctions f_{k} et f_{\rho} dans un repère orthogonal (O;\ \vec{i},\ \vec{j}) avec 0<k<\rho.
 
3) Construire les courbes \mathcal{C}_{1}\;,\ \mathcal{C}_{2} et \mathcal{C}_{4}.
 
4) Étudier la fonction g et montrer que sa courbe représentative \Gamma dans (O;\ \vec{i},\ \vec{j}) est située dans la portion de plan délimitée par \mathcal{C}_{1} et \mathcal{C}_{2}.

Exercice 12

On note \alpha la solution de l'équation \mathrm{e}^{x}=2\alpha\approx 0.69
 
1) Calculer f(\alpha) sachant que f est la fonction définie par f(t)=\dfrac{\mathrm{e}^{3t}+\mathrm{e}^{t}-1}{\mathrm{e}^{-t}+2}.
 
2) Résoudre dans \mathbb{R} l'équation \mathrm{e}^{2x}-3\mathrm{e}^{x}+2=0.
 
3)  Résoudre dans \mathbb{R} l'inéquation \mathrm{e}^{x}+2\mathrm{e}^{-x}\geq 3.

Exercice 13

1) On considère la fonction f_{k} définie sur \mathbb{R} par :
f_{k}=\mathrm{e}^{x}-kx\quad\text{pour }k\in\;]0\;;\ \mathrm{e}[
a) Étudier le sens de variation de f_{k}.
 
b) Prouver que pour tout réel x, \ \mathrm{e}^{x}-kx>0.
 
2) Soit g_{k} la fonction définie sur \mathbb{R} par :
g_{k}(x)=\dfrac{\mathrm{e}^{x}}{\mathrm{e}^{x}-kx}\quad\text{pour }k\in\;]0\;;\ \mathrm{e}[
a) Étudier g_{k}\ (limites et variations).
 
b) Étudier la position relative des courbes représentatives de g_{k}\ et \ g_{k'} pour k<k'.
 
c) Construire les courbes représentatives de g_{1}\ et \ g_{2} dans un même repère. 

Exercice 14

f(x)=3x+\ln\left(\dfrac{x-\mathrm{e}}{x+\mathrm{e}}\right)+1.
 
1) Montrer que le point A(0,\ 1) est centre de symétrie de la courbe représentative \mathcal{C} de f.
 
2) Montrer que \mathcal{C} possède trois droites asymptotes.

Exercice 15

1) Démontrer à l'aide d'une étude de fonction que pour tout x\geq 0 :
\ln(1+x)\geq x-\dfrac{x^{2}}{2}
2) Démontrer que pour tout x\leq 0 :
\ln(1+x)\geq x-\dfrac{x^{2}}{2}+\dfrac{x^{3}}{3}
3) La fonction f est définie sur [0,\ +\infty[ par : f(0)=1\text{ et pour }x>0\;,\ f(x)=\dfrac{\ln(1+x)}{x}
 
a) Profiter de l'encadrement de \ln(1+x) pour démontrer que f est dérivable en 0.
 
b) Terminer l'étude de f et la représenter dans un repère orthogonal.

Exercice 16

La fonction f_{a} est définie sur \mathbb{R} par f_{a}(x)=\mathrm{e}^{x^{2}-ax}a est un réel donné.
 
1) Déterminer les valeurs de a correspondant aux cas suivants :
 
a) f_{a}(3)=1
 
b) f_{a}(1)=2
 
2) Soit g la restriction de f_{-1} à [0\;;\ 3].
 
a) Montrer que g est une bijection de [0\;;\ 3] sur un intervalle que l'on précisera.
 
b) Donner l'expression explicite de g^{-1}(x) pour x donné.

Exercice 17

\varphi et g sont les fonctions définies sur ]1,\ +\infty[ par :
\varphi(x)=\dfrac{2x^{2}}{x^{2}-1}-\ln(x^{2}-1)\quad\text{et}\quad g(x)=\dfrac{\ln(x^{2}-1)}{x}
f est la fonction définie sur ]0,\ +\infty[ par :
f(x)=\dfrac{\ln(\mathrm{e}^{2x}-1)}{\mathrm{e}^{x}}
1) a) Étudier la fonction \varphi.
 
b) Montrer que l'équation \varphi(x)=0 possède une unique solution, notée \theta, dans ]1,\ +\infty[. Vérifier que 3.19<\theta<3.2.
 
2) a) Montrer que g est dérivable sur ]1,\ +\infty[ et que g'(x) est du signe de \varphi(x).
 
b) Dresser le tableau de variation de g sur ]1,\ +\infty[.
 
c) Montrer que : g(\theta)=\dfrac{2\theta}{\theta^{2}-1}.
 
En déduire un encadrement de g(\theta) d'amplitude 4\times 10^{-3}.
 
3) a) Montrer que : \forall\;x\in\mathbb{R}_{+}^{*}\;,\ f(x)=g(\mathrm{e}^{x}).
 
b) En déduire le tableau de variation de f.
 
c) Construire la courbe représentative \mathcal{C} de f dans un repère orthogonal après avoir précisé la position relative de \mathcal{C} et de son asymptote horizontale.

Exercice 18

1) Montrer que pour tout x, \sqrt{x^{2}+1}-x=\dfrac{1}{\sqrt{x^{2}+1}+x}.
 
2) En déduire que la fonction \varphi définie sur \mathbb{R} par \varphi(x)=\ln(x+\sqrt{x^{2}+1}) est impaire.
 
3) Calculer la dérivée de \varphi. En déduire le tableau de variation de \varphi.

Exercice 19

(\mathcal{C}) est la courbe représentative dans un repère orthonormé (O;\ \vec{i},\ \vec{j}) de la fonction g définie par :
g(x)=x^{2}(2\ln x-1)+1\;\ \text{ si }x>0\;\ \text{ et }\;\ g(0)=1
1) Montrer que g est dérivable en 0.
 
2) Déterminer le sens de variation de la fonction g sur son ensemble de définition D_{g}.
 
3) En déduire le signe de g(x) sur D_{g}.
 
4) Terminer l'étude de g et dresser le tableau de variation de g.
 
5) Déterminer la position relative de (\mathcal{C}) et de la droite \Delta d'équation y=1.
 
6) Tracer (\mathcal{C}) et la droite \Delta.

Exercice 20

(\mathcal{C}) et (\Gamma) sont les courbes d'équations respectives : y=2^{x}\;\text{ et }\; y=\log_{2}(x) dans un repère orthogonal.

M\ et \ N sont les points d'abscisse x situés respectivement sur (\mathcal{C})\ et \ (\Gamma).

On veut déterminer x de telle façon que la distance d(x) égale à MN soit la plus petite possible.
 
1) Tracer (\mathcal{C}) et (\Gamma).
 
2) Montrer que d(x)=2^{x}-\log_{2}(x).
 
3) Montrer que d'(x)>0\ \Leftrightarrow\ x+\log_{2} x+2\log_{2}(\ln 2)>0.
 
4) Étudier la fonction \varphi\ :\ x\mapsto\ x+\log_{2} x+2\log_{2}(\ln 2) et conclure.

Mettre en évidence sur le graphique toute solution trouvée.

Exercice 21

Soit f la fonction définie sur \mathbb{R}_{+}^{*} par : f(x)=x^{\ln x}\;,\ n\geq 2 et \mathcal{C} sa courbe représentative dans un repère orthogonal (O;\ \vec{i},\ \vec{j}).
 
1) Étudier la fonction f.
 
2) Examiner la limite en +\infty de \dfrac{f(x)}{x} et de \dfrac{f(x)}{x^{n}}.
 
3) Représenter \mathcal{C}.
 
4) Montrer que la courbe \Gamma_{n} d'équation y=x^{n} et \mathcal{C} se coupent en deux points : A(1,\ 1) et B_{n} dont l'abscisse \alpha_{n} est le terme général d'une suite géométrique.
 
Donner la limite de la suite (\alpha_{n}).

Exercice 22

On se propose de résoudre dans \mathbb{R}_{+}^{*} l'équation E\ :\ 3^{x}+4^{x}=5^{x}.
 
1) Montrer que : E\ \Leftrightarrow\ f(x)=1\;\text{ où }\;f(x)=\left(\dfrac{3}{5}\right)^{x}+\left(\dfrac{4}{5}\right)^{x}.
 
2) a) Étudier la fonction f.
 
b) En déduire que E a une unique solution \alpha dans  \mathbb{R}_{+}^{*}.
 
c) Donner la valeur de \alpha.

Exercice 23

Dans cet exercice, on se propose de comparer les réels a^{x} et x^{a} avec x>0\ et \ a\in\;\mathbb{N}\setminus\{0,\ 1\}.
 
On note I_{a} l'inéquation : a^{x}>x^{a}.

Posons f(x)=x\ln a-a\ln x et g(x)=\dfrac{x}{\ln x}-x\;\;\text{ sur }]1,\ +\infty[.
 
1) Montrer que : I_{a}\ \Leftrightarrow\ f(x)>0.
 
2) a) Étudier la fonction g.
 
b) Comparer alors les nombres a et \dfrac{a}{\ln a} suivant les valeurs de a.
 
3) Dresser le tableau de variation de f grâce à la question 2.
 
4) Conclure.

Exercice 24

Soit f la fonction définie sur \mathbb{R}_{+}^{*} par :
\left\{\begin{array}{lcl} f(0) &=& 1\\ f(1) &=& 0\\ f(x) &=& \mathrm{e}^{\frac{1}{\ln x}}\quad\text{si }x>1 \end{array}\right.
\mathcal{C} est la courbe représentative de f dans un repère orthonormé direct (O;\ \vec{i},\ \vec{j}).

\Delta est la droite d'équation y=x.
 
1) a) Montrer que f est continue en 0 et continue à gauche en 1.
 
b) f est-elle continue à droite en 1 ?
 
c) Étudier les variations de f dans ]0,\ 1[ et dans ]1,\ +\infty[.
 
2) a) Démontrer que : \forall\;x\in\;D_{f}\;,\ (f\circ f)(x)=x.
 
b) En déduire que pour tout x\ de \ D_{f}
M(x,\ y)\in\mathcal{C}\ \Leftrightarrow\ N(y,\ x)\in\mathcal{C}
c) En déduire une propriété remarquable de \mathcal{C}.
 
3) a) Montrer que \mathcal{C} a une tangente verticale au point A(0,\ 1). 
 
b) En déduire que \mathcal{C} a une tangente horizontale au point B(1,\ 0).
 
c) Déterminer l'intersection \mathcal{C}\cap\Delta et vérifier qu'en chacun des points d'intersection de \mathcal{C} et \Delta, la tangente à \mathcal{C} est perpendiculaire à \Delta.
 
d) Construire \mathcal{C} en tenant compte de toutes les questions précédentes.

Exercice 25

Soit f et g deux fonctions définies sur \mathbb{R} par : f(x)=\ln\sqrt{x^{2}+1}\quad\text{et}\quad g(x)=\sqrt[7]{x^{2}}
 
1) Étudier f et g et construire les courbes représentatives \mathcal{C} et \Gamma de f et g ainsi que celle de la fonction \ln\;;\ \mathcal{C}_{\ln} dans un même repère orthogonal.
 
2) Calculer \lim_{x\rightarrow +\infty}\dfrac{f(x)}{g(x)}
 
3) Vérifier que \mathcal{C} et \mathcal{C}_{\ln} sont asymptotes.
 
4) Pour approcher les points éventuels de \mathcal{C}\cap\Gamma, on se satisfait de chercher ceux de \mathcal{C}_{\ln}\cap\Gamma.
 
a) Étudier la fonction h définies sur \mathbb{R}_{+}^{*} par h(x)=x^{\frac{2}{7}}-\ln x.
 
b) Déterminer des valeurs approchées à 10^{-3} près des abscisses \alpha et \beta des deux points de \mathcal{C}_{\ln}\cap\Gamma.
 
c) Estimer (f-g)(\alpha) et (f-g)(\beta). Que peut-on en dire ?

Exercice 26

1) Soit f la fonction définie sur \mathbb{R} par :
f(x)=\dfrac{\mathrm{e}^{x}+\mathrm{e}^{-x}}{2}.
Étudier les limites de f quand x tend vers +\infty\ et \ -\infty. 
 
2) Résoudre dans \mathbb{R}, l'inéquation 2(x^{4}-1)+x(x^{2}-1)\geq 0.
 
En déduire l'ensemble des solutions de l'inéquation suivante dans \mathbb{R} :
2\mathrm{e}^{2x}+\mathrm{e}^{x}\geq 2\mathrm{e}^{-2x}+\mathrm{e}^{-x}
3) Soit la fonction g définie sur \mathbb{R} par : g(x)=2[f(x)]^{2}+f(x)-1.
 
Démontrer que pour tout x réel, g(x)=f(2x)+f(x). Montrer que g est paire, étudier ses variations et tracer sa représentation graphique \Gamma dans un repère orthonormal.

Exercice 27

Soit f et g les fonctions définies sur \mathbb{R}^{*} par :
f(x)=x2^{-x}\quad\text{ et }\quad g(x)=x^{-1}2^{x}
1) Étudier les limites de f et de g aux bornes de leur ensemble de définition (on pourra poser u=x\ln 2).
 
2) Étudier les variations des fonctions f\ et \ g.
 
3) Tracer \mathcal{C}_{f} et \mathcal{C}_{g}, courbes représentatives de f\ et \ g.

 

Commentaires

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