Le logarithme inverse l’exponentielle
La fonction logarithme népérien, notée ln, est définie sur ]0,+∞[ comme la fonction réciproque de l’exponentielle. Ainsi,
ln(ex)=xetelnx=x(x>0).
Le domaine est essentiel : ln(x) n’a de sens réel que pour x>0. Avant toute manipulation d’une expression contenant un logarithme, il faut donc vérifier les conditions de définition.
Les propriétés algébriques
Pour a>0 et b>0,
ln(ab)=ln(a)+ln(b),ln(ba)=ln(a)−ln(b).
Ces propriétés transforment des produits en sommes et des puissances en coefficients. En revanche, il n’existe pas de formule analogue pour ln(a+b) : écrire ln(a+b)=lna+lnb est faux.
Dérivée, variations et limites
Sur ]0,+∞[, la dérivée est ln′(x)=1/x. Elle est positive, donc ln est strictement croissante. Le logarithme tend vers −∞ lorsque x tend vers 0 par valeurs positives et vers +∞ lorsque x tend vers +∞.
La comparaison avec les puissances et l’exponentielle permet de traiter de nombreuses limites. Ces résultats ne doivent pas être utilisés comme des slogans : il faut identifier précisément la forme de l’expression étudiée.
Résoudre équations et inéquations
Parce que ln est strictement croissant, pour a,b>0, lna=lnb équivaut à a=b, et lna<lnb équivaut à a<b.
Par exemple, résoudre ln(x−1)=2 impose d’abord x>1, puis donne x−1=e2, donc x=1+e2.
Dans une inéquation, la condition de définition fait partie de la résolution et ne doit jamais être ajoutée après coup.
Le lien à retenir avec l’exponentielle
Exponentielle et logarithme se répondent : l’une convertit une addition en multiplication, l’autre convertit un produit en somme. Les maîtriser ensemble simplifie les problèmes de croissance, les équations et l’analyse des ordres de grandeur.