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Niveau Maths sup
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e^x = x^n

Posté par
bison-ravi
22-08-09 à 18:04

Bonjour !

Ma question est simple : comment montrer que, pour n > 2, e^x = x^n admet exactement deux solutions sur R+ ?

Je vois pas la "technique"...

Merci d'avance

Posté par
J-R
re : e^x = x^n 22-08-09 à 18:26

passe au log déjà

Posté par
JJa
re : e^x = x^n 22-08-09 à 19:15

et ensuite, on écrit l'expression sous la forme d'une fonction, dont on étudie les variations.
Cela donne, en général, des indications suffisantes pour trouver ne nombre de fois que cette fonction s'annule.

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : e^x = x^n 22-08-09 à 19:16

Les solutions de e^x = x^n sur R*+ sont les mêmes que celles de ln(e^x) = ln(x^n) sur R*+, soit de x = n.ln(x) sur R*+
  
Cherchons les solutions de x = n.ln(x) sur R*+

f(x) = n.ln(x) - x.

Les solutions de e^x = x^n  sont celles de f(x) = 0 sur R*+

f '(x) = n/x - 1 = (n-x)/x

f '(x) < 0 pour x dans ]0 ; n[ --> f(x) est croissante.
f '(x) = 0 pour x = n
f '(x) > 0 pour n dans ]n ; +oo[ --> f(x) est décroissante.

f(x) a donc un maximum local pour x = n, ce max vaut f(n) = n.ln(n) - n = n(ln(n) - 1)

Ce max est donc > 0 si n > e, donc si n est entier (faudrait le dire dans l'énoncé), il suffit que n > 2

lim(x-> 0+) f(x) = -oo
lim(x-> +oo) f(x) = -oo

Avec n > 2 :
Comme f est continue sur R*+
et que lim(x-> 0+) f(x) = -oo
et que f(x) est croissante sur ]0 ; n[ avec f(n) > 0
et que f(x) est décroissante sur ]n ; +oo[
et que lim(x-> +oo) f(x) = -oo

On peut conclure que f(x) = 0 a exactement 2 solutions sur R*+

Donc, pour n > 2, e^x = x^n a exactement 2 solutions sur R*+ et comme x = 0, n'est pas solution -->

Pour n > 2, e^x = x^n a exactement 2 solutions sur R+
-----
Sauf distraction.  

Posté par
bison-ravi
re : e^x = x^n 23-08-09 à 12:56

D'accord, y'a juste une erreur de signe dans les dérivées mais j'ai bien compris en tout cas

Dernière question ; en notant (v_n) la suite des solutions telles que v_n > e, on montre que v_n tend vers +oo, mais comment montrer que v_n ~ n ln n quand n tend vers +oo ?

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : e^x = x^n 23-08-09 à 16:46

Bonjour bison-ravi ;

une idée :

si \varepsilon est un réel arbitraire strictement supérieur à 1

on vérifie assez facilement que 5$\fbox{\lim_n\;\frac{e^{n^\varepsilon}}{n^{n\varepsilon}}=+\infty} et que 5$\fbox{\lim_n\;\frac{e^{n}}{n^n}=0}

et en particulier 5$\fbox{\exists\;N\in\mathbb{N}^*\;/\;\forall n\ge N\;,\;e^{n^\varepsilon}\;>\;(n^{\varepsilon})^n\;,\;e^n\;<\;n^n}

ce qui donne 5$\fbox{\exists\;N\in\mathbb{N}^*\;/\;\forall n\ge N\;,\;n\;<\;v_{n}\;<\;n^{\varepsilon}}

ce qui s'écrit aussi 6$\blue\fbox{\exists\;N\in\mathbb{N}^*\;/\;\forall n\ge N\;,\;n\ell n(n)\;<\;v_{n}\;<\;\varepsilon n\ell n(n)} sauf erreur bien entendu

Posté par
otto
re : e^x = x^n 23-08-09 à 19:21

Je pense que l'on peut s'en tirer facilement en utilisant la convexité des deux fonctions.

Posté par
doudj
proposition evidente 23-08-09 à 19:45

la façon dont J-P résout ce problème est la plus simple:c'est la bonne démarche

Posté par
otto
re : e^x = x^n 23-08-09 à 20:01

Il n'y en a aucune autre de proposée non plus ...



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