15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.
Lis la situation de chaque question, prends une feuille et un stylo pour les calculs, puis sélectionne toutes les propositions exactes. Une, deux, trois ou quatre réponses peuvent être justes ; ouvre ensuite la correction détaillée.
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Comment répondre ?
Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.
0 question vérifiée sur 15
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Question 1
Logarithme d'une expression affine
On considère f(x) = ln(2x − 4). Chercher le domaine réel puis les zéros éventuels de f.
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Réponse attendue : A, C
A — Vrai. On résout ln(2x − 4) = 0, donc 2x − 4 = 1, puis x = 5/2 ; cette valeur appartient au domaine.
B — Faux. Au point x = 2, l'argument est nul et le logarithme n'est pas défini ; le zéro se trouve en 5/2.
C — Vrai. L'inégalité 2x − 4 > 0 équivaut à x > 2. L'égalité x = 2 est exclue, puisque ln(0) n'existe pas.
D — Faux. Pour x négatif, l'argument 2x − 4 est strictement négatif ; le logarithme réel ne le prend pas en entrée.
E — Faux. La limite lorsque x tend vers 2 par la droite est −∞, mais la fonction elle-même n'est pas définie au point 2.
◆
Méthode à retenir. Un logarithme demande un argument strictement positif ; ln(y) = 0 équivaut à y = 1.
2
Question 2
Composer logarithme et exponentielle
On doit simplifier ln(e³) et eln(5). Identifier les simplifications valides.
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Réponse attendue : A, B
A — Vrai. Pour tout réel t, ln(eᵗ) = t ; le réel t vaut ici 3, donc la composition renvoie 3.
B — Vrai. Le nombre 5 est strictement positif, ce qui rend ln(5) défini ; l'exponentielle annule ensuite l'effet du logarithme.
C — Faux. Le logarithme de eᵗ est l'exposant t, et non la base e ; avec t = 3 on obtient 3.
D — Faux. La formule ln(eᵗ) = t conserve l'exposant 3 ; aucun inverse multiplicatif n'intervient. Une vérification directe donne aussi ln(e³) = 3ln(e) = 3, car ln(e) vaut 1.
E — Faux. Le logarithme népérien de −5 n'est pas défini dans ℝ ; la formule réciproque exige un argument strictement positif.
◆
Méthode à retenir. Sur ℝ et ]0 ; +∞[, logarithme et exponentielle sont réciproques sur leurs domaines respectifs.
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Question 3
Produit de nombres positifs
Pour calculer ln(6), un élève décompose 6 = 2 × 3. Quelles transformations sont correctes ?
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Réponse attendue : A, E
A — Vrai. Puisque 6 > 1 et ln est strictement croissante avec ln(1) = 0, sa valeur en 6 est positive.
B — Faux. Les logarithmes des deux facteurs négatifs sont indéfinis en réel ; la décomposition utilisée exige des facteurs positifs.
C — Faux. Il n'existe pas de formule additive de cette forme ; le membre gauche est ln(5) et le droit ln(6).
D — Faux. La propriété de produit transforme le logarithme d'un produit en somme, pas en produit de logarithmes. La somme ln(2) + ln(3) retrouve ln(6) ; le produit de ces logarithmes ne correspond à aucune telle règle.
E — Vrai. Les facteurs 2 et 3 sont strictement positifs ; on peut appliquer la formule du logarithme d'un produit.
◆
Méthode à retenir. La propriété ln(ab) = ln(a) + ln(b) impose a > 0 et b > 0.
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Question 4
Quotient et puissances
Simplifier ln(8/2) et exprimer le résultat en fonction de ln(2), sur les réels.
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Réponse attendue : C
A — Faux. Une somme correspondrait à ln(8 × 2) = ln(16), pas à ln(8/2) = ln(4). Le signe plus s'emploierait avec le produit 8 × 2, qui donne 16 et non 4.
B — Faux. Comme 8/2 = 2², l'exposant à placer devant ln(2) est 2, et non 4. On peut contrôler avec 8/2 = 4, puis ln(4) = ln(2²) = 2ln(2).
C — Vrai. Les nombres 8 et 2 sont positifs ; la propriété ln(a/b) = ln(a) − ln(b) s'applique. En réduisant ensuite, ln(8) − ln(2) = 3ln(2) − ln(2) = 2ln(2).
D — Faux. Le quotient 8/2 vaut 4 = 2² ; son logarithme vaut 2ln(2), et non 3ln(2) qui correspondrait à ln(8).
E — Faux. La formule du quotient des arguments donne une différence de logarithmes, non leur quotient. Ici 8/2 = 4 ; la transformation correcte doit donc redonner ln(4), pas un quotient de logarithmes.
◆
Méthode à retenir. Commence par 8/2 = 4 ou applique la différence des logarithmes de nombres positifs.
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Question 5
Dérivée et tangente du logarithme
Pour f(x) = ln(x) sur ]0 ; +∞[, on étudie la tangente au point d'abscisse 1.
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Réponse attendue : A, D
A — Vrai. La fonction logarithme népérien est dérivable pour x > 0 et sa dérivée vaut le réciproque de l'argument.
B — Faux. Le logarithme réel exige x > 0 ; zéro est exclu et aucune dérivée au point 0 n'est définie.
C — Faux. La valeur f(1) est zéro, mais la pente est f′(1) = 1/1 = 1 ; il faut distinguer ordonnée et dérivée.
D — Vrai. Avec f(1) = ln(1) = 0 et f′(1) = 1, la formule y = f(1) + f′(1)(x − 1) donne x − 1.
E — Faux. En x = 1, cette droite aurait l'ordonnée 2 alors que le point de tangence est (1 ; 0).
◆
Méthode à retenir. Calcule f(1) = 0 et f′(1) = 1 avec f′(x) = 1/x.
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Question 6
Résoudre une équation logarithmique
Sur le domaine x > 0, résoudre ln(x) = 2. Cocher les conclusions rigoureuses.
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Réponse attendue : D, E
A — Faux. Il faut appliquer l'exponentielle, opération réciproque du logarithme ; un second logarithme n'isole pas l'inconnue. À partir de ln(x) = 2, écrire e^{ln(x)} = e² donne directement x = e² sur le domaine positif.
B — Faux. En x = 2, le logarithme ln(2) n'est pas égal à 2 ; la fonction réciproque fournit x = e².
C — Faux. Le logarithme de x n'est pas défini pour x négatif dans ℝ ; la solution positive est unique.
D — Vrai. Appliquer l'exponentielle donne eˡⁿ⁽ˣ⁾ = e², soit x = e². Cette valeur est positive et vérifie l'équation.
E — Vrai. Puisque e > 1, son carré e² est supérieur à 1 ; il satisfait bien le domaine du logarithme.
◆
Méthode à retenir. Applique l'exponentielle aux deux membres ; elle est bijective de ℝ vers ]0 ; +∞[.
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Question 7
Inégalité logarithmique
Déterminer tous les réels x pour lesquels ln(x) ≥ ln(2). Plusieurs propositions décrivent la résolution.
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Réponse attendue : A, C, E
A — Vrai. Le logarithme est strictement croissant sur ]0 ; +∞[ ; si x > 2, alors ln(x) > ln(2), ce qui satisfait l'inégalité large.
B — Faux. Le logarithme réel n'est pas défini en un argument négatif ; on ne peut pas tester ln(−2).
C — Vrai. Substituer x = 2 donne ln(2) = ln(2), donc la borne 2 est bien incluse. Le domaine x > 0 est respecté : le nombre 2 peut bien être substitué dans les deux logarithmes.
D — Faux. La dérivée 1/x est positive sur x > 0 ; le logarithme est croissant, ce qui conserve le sens de l'inégalité.
E — Vrai. Sur le domaine x > 0, la fonction ln est strictement croissante ; ln(x) ≥ ln(2) équivaut à x ≥ 2.
◆
Méthode à retenir. Fixe d'abord x > 0 et utilise la stricte croissance du logarithme.
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Question 8
Le produit x ln(x)
Sur ]0 ; +∞[, f(x) = x ln(x). Chercher le sens de variation et son minimum.
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Réponse attendue : C, E
A — Faux. L'annulation de f n'est pas celle de f′ ; f′(1) = 1, tandis que f′(1/e) = 0. Pour trouver le minimum intérieur, on annule plutôt ln(x) + 1 et on examine le signe de cette dérivée.
B — Faux. Cette expression dérive seulement le logarithme, sans traiter le facteur x ; la règle du produit ajoute ln(x).
C — Vrai. La dérivée change de négatif à positif lorsque ln(x) passe par −1 ; f(1/e) = (1/e)(−1). La dérivée est négative avant 1/e et positive après, ce qui confirme qu'il s'agit bien du minimum global.
D — Faux. Le produit de deux fonctions n'a pas automatiquement leurs variations ; f′(x) = ln(x) + 1 est négatif pour x < 1/e.
E — Vrai. La dérivée du produit vaut 1 × ln(x) + x × (1/x) = ln(x) + 1 pour x positif.
◆
Méthode à retenir. Dérive le produit : f′(x) = ln(x) + 1 ; son zéro se trouve en e⁻¹.
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Question 9
Au bord du domaine
Pour f(x) = ln(x), on examine séparément x → 0⁺ et x → +∞.
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Réponse attendue : A, C, D, E
A — Vrai. Sur les positifs proches de zéro, le logarithme descend sans borne ; il n'existe pas de valeur ln(0).
B — Faux. Le symbole −∞ décrit la limite lorsque x approche 0 par valeurs positives, et n'est pas une valeur de la fonction.
C — Vrai. Le logarithme est strictement croissant et ln(1) = 0. Tout x supérieur à 1 a donc un logarithme strictement positif.
D — Vrai. Le logarithme est strictement croissant et non majoré sur les réels positifs ; sa limite à l'infini est +∞.
E — Vrai. La limite du logarithme par la droite en zéro est infinie en valeur absolue ; cela caractérise l'asymptote verticale.
◆
Méthode à retenir. Le logarithme ne se définit que pour x > 0 ; distinguer une limite d'une valeur au point zéro.
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Question 10
Croissance comparée
On étudie f(x) = ln(x)/x pour x > 0 lorsque x devient grand.
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Réponse attendue : A, D, E
A — Vrai. Pour x > 1, ln(x) > ln(1) = 0 et le dénominateur x est positif. Ce contrôle des signes utilise simultanément x positif et ln(x) positif, deux conditions nécessaires au quotient.
B — Faux. Pour x > e > 1, numérateur et dénominateur sont tous deux positifs ; le quotient reste positif.
C — Faux. Une forme ∞/∞ ne fixe aucune valeur. La croissance comparée donne exactement zéro. Une forme indéterminée demande une comparaison de croissance ; le logarithme augmente moins vite que la fonction x.
D — Vrai. Le logarithme croît plus lentement que la fonction x sur les positifs ; leur quotient tend vers zéro.
E — Vrai. Les deux termes divergent, mais leur rapport dépend de leurs vitesses de croissance ; ici il vaut zéro à la limite.
◆
Méthode à retenir. L'infini sur infini est indéterminé ; rappelle que le logarithme croît moins vite qu'une puissance positive.
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Question 11
Somme de deux logarithmes
Résoudre ln(x − 1) + ln(x + 1) = ln(8) dans les réels.
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Réponse attendue : B, D
A — Faux. Même si −3 résout l'équation quadratique transformée, ln(x − 1) y serait le logarithme de −4. La condition de définition x > 1 provient de x − 1 > 0 et exclut immédiatement −3.
B — Vrai. Les conditions x − 1 > 0 et x + 1 > 0 se recoupent en x > 1.
C — Faux. La somme des arguments x − 1 et x + 1 vaut 2x, mais la propriété concerne leur produit, pas leur somme.
D — Vrai. Résoudre x² = 9 donne ±3 ; seul 3 satisfait la condition x > 1. Le report dans l'équation initiale donne ln(2) + ln(4) = ln(8), ce qui confirme la racine admissible.
E — Faux. La somme des logarithmes est ln[(x − 1)(x + 1)] = ln(x² − 1), donc c'est x² − 1 = 8 qu'il faut résoudre pour x > 1.
◆
Méthode à retenir. Le domaine x > 1 doit être fixé avant de regrouper les deux logarithmes.
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Question 12
Logarithme d'un carré
On souhaite simplifier ln(x²) pour un réel x non nul, y compris lorsque x est négatif.
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Réponse attendue : A, B, E
A — Vrai. Le carré de −2 vaut 4, strictement positif ; le logarithme de 4 est bien défini.
B — Vrai. Au point zéro, l'argument x² vaut 0 et le logarithme réel exige un argument strictement positif. En revanche, pour tout x non nul, x² est positif et son logarithme réel existe.
C — Faux. Pour x négatif, ln(x) n'existe pas en réel ; il faut utiliser 2ln(|x|). L'écriture valable des deux côtés de zéro est 2ln(|x|), puisque |x| reste strictement positif.
D — Faux. La propriété de puissance donne un facteur 2 devant ln(x), pas un carré du nombre ln(x). Avec x = e, le membre gauche vaut ln(e²) = 2, mais le carré proposé vaut [ln(e)]² = 1.
E — Vrai. Comme |x| > 0, la formule de puissance est applicable : ln(|x|²) = 2ln(|x|). La valeur absolue rend l'argument positif même pour x négatif ; cette précaution évite d'écrire un logarithme inexistant.
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Méthode à retenir. L'argument x² est positif pour x ≠ 0 ; écris x² = |x|² avant d'appliquer ln(a²).
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Question 13
Seuil d'une croissance exponentielle
Le nombre t ≥ 0 désigne le nombre sans dimension d'unités de temps écoulées. Une grandeur sans dimension vaut eᵗ à l'instant t. À quel premier instant réel atteint-elle au moins 10 ?
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Réponse attendue : B, D, E
A — Faux. La résolution d'eᵗ = 10 donne t = ln(10), pas t = 10 ; l'exponentielle de 10 dépasse largement 10.
B — Vrai. À l'origine e⁰ = 1, qui est strictement inférieur à 10 ; la grandeur n'a pas encore atteint la cible.
C — Faux. Le logarithme est strictement croissant sur les positifs ; une fonction croissante conserve le sens de l'inégalité. Appliquer ln à eᵗ ≥ 10 conduit donc à t ≥ ln(10), avec le même sens.
D — Vrai. La croissance stricte de ln permet d'appliquer ln aux deux membres : ln(eᵗ) = t, d'où le seuil.
E — Vrai. La fonction eᵗ est continue et strictement croissante ; l'égalité eᵗ = 10 possède cette unique solution.
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Méthode à retenir. Prends le logarithme d'une inégalité de nombres positifs et garde son sens, car ln est croissant.
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Question 14
Un quotient avec logarithme
Sur ]0 ; +∞[, on étudie f(x) = ln(x)/x et son extremum.
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Réponse attendue : A, B, C
A — Vrai. Au point critique e, ln(e) = 1, donc f(e) = 1/e ; le signe de f′ change de positif à négatif.
B — Vrai. Le dénominateur est positif ; 1 − ln(x) est positif avant e, nul en e, puis négatif après.
C — Vrai. La règle du quotient donne [(1/x) × x − ln(x)]/x² = [1 − ln(x)]/x². Le dénominateur x² n'est jamais nul puisque le domaine de définition impose x > 0.
D — Faux. L'abscisse du maximum est e, mais son ordonnée est f(e) = ln(e)/e = 1/e. L'abscisse indique où se trouve l'extremum ; sa valeur se calcule en évaluant la fonction à cette abscisse.
E — Faux. Dériver seulement le numérateur puis diviser par x oublierait la dérivée du dénominateur ; il manque −ln(x)/x².
◆
Méthode à retenir. La dérivée d'un quotient peut se réécrire (1 − ln(x))/x² ; son signe dépend de 1 − ln(x).
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Question 15
Logarithme et tangente
On compare ln(2) à la tangente en x = 1 de la fonction ln(x). Quelles propositions sont justifiées ?
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Réponse attendue : B, C, D, E
A — Faux. Être croissant donne ln(2) > ln(1) = 0, mais ne donne pas ln(2) ≥ 1 ; la concavité fournit le majorant 1.
B — Vrai. La fonction ln est concave car sa dérivée seconde vaut −1/x² < 0 ; elle reste au-dessous de toute tangente, en particulier ln(x) ≤ x − 1.
C — Vrai. La tangente en x = 1 est y = x − 1. Le logarithme est concave puisque sa dérivée seconde vaut −1/x² < 0.
D — Vrai. Il suffit de substituer x = 2 à l'inégalité de la tangente : ln(2) ≤ 2 − 1 = 1.
E — Vrai. On a ln(1) = 0 et 1 − 1 = 0 ; la courbe touche sa tangente précisément au point choisi.
◆
Méthode à retenir. La dérivée seconde −1/x² est négative ; une fonction concave se situe sous ses tangentes.
Ton bilan
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Bravo pour ce 15/15 ! Je suis ravi de te voir t’entraîner avec autant de soin. Garde ce réflexe : cherche à comprendre pourquoi chaque proposition est vraie ou fausse. — Rémi
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Après le QCM : Fonction logarithme népérien
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