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Terminale spécialité · Logarithme

Logarithme népérien en Terminale : définition, calculs et équations

Le logarithme népérien est la fonction réciproque de l’exponentielle. Son domaine, ses règles de calcul et sa croissance sont les clés du chapitre.

Niveau : Terminale spécialité maths

Le logarithme inverse l’exponentielle

La fonction logarithme népérien, notée ln⁡\ln, est définie sur ]0,+∞[]0,+\infty[ comme la fonction réciproque de l’exponentielle. Ainsi,

ln⁡(ex)=xeteln⁡x=x(x>0).\ln(e^x)=x\quad\text{et}\quad e^{\ln x}=x\quad(x>0).

Le domaine est essentiel : ln⁡(x)\ln(x) n’a de sens réel que pour x>0x>0. Avant toute manipulation d’une expression contenant un logarithme, il faut donc vérifier les conditions de définition.

Les propriétés algébriques

Pour a>0a>0 et b>0b>0,

ln⁡(ab)=ln⁡(a)+ln⁡(b),ln⁡(ab)=ln⁡(a)−ln⁡(b).\ln(ab)=\ln(a)+\ln(b),\qquad \ln\left(\frac ab\right)=\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)\ln(a+b) : écrire ln⁡(a+b)=ln⁡a+ln⁡b\ln(a+b)=\ln a+\ln b est faux.

Dérivée, variations et limites

Sur ]0,+∞[]0,+\infty[, la dérivée est ln⁡′(x)=1/x\ln'(x)=1/x. Elle est positive, donc ln⁡\ln est strictement croissante. Le logarithme tend vers −∞-\infty lorsque xx tend vers 00 par valeurs positives et vers +∞+\infty lorsque xx tend vers +∞+\infty.

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⁡\ln est strictement croissant, pour a,b>0a,b>0, ln⁡a=ln⁡b\ln a=\ln b équivaut à a=ba=b, et ln⁡a<ln⁡b\ln a<\ln b équivaut à a<ba<b.

Par exemple, résoudre ln⁡(x−1)=2\ln(x-1)=2 impose d’abord x>1x>1, puis donne x−1=e2x-1=e^2, donc x=1+e2x=1+e^2.

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.

Pour mettre la notion en pratique

Des DM qui réutilisent cette notion

Des problèmes où cette notion intervient dans un raisonnement plus long, parfois à un niveau ultérieur.

L3 · ≈ 3 h 30 à 4 h

Une dimension fractale détecte l’infinité des nombres premiers

Un DM de L3 inspiré de la preuve de Kota Saito : les étudiants construisent la dimension supérieure de boîte, démontrent son comportement sous produit, calculent la dimension de l’ensemble {1/n}, puis transforment la factorisation des entiers en contradiction géométrique pour prouver l’infinité des nombres premiers. Un prolongement facultatif généralise le calcul à {n^{-α}}.

Voir le DM

Programme et sources

Vérifier le niveau d’exigence

Cette explication est reliée au programme correspondant pour distinguer ce qui est attendu ici de ce qui sera étudié plus tard.

Programme officiel de Terminale spécialité mathématiques

Programme actuellement appliqué en Terminale spécialité

Bulletin officiel spécial n°8 du 25 juillet 2019 · NOR MENE1921246A

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Programme publié pour la rentrée 2027-2028

Bulletin officiel n°14 du 2 avril 2026 · NOR MENE2602919A

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