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DM Logarithme Népérien

Posté par
Docteur
25-03-17 à 15:39

Bonjour, j'ai un devoir maison à rendre pour Lundi mais je bloque à partir d'une certaine question, pourriez-vous m'aider SVP?

On considère la fonction f définie sur R par f(x) = ln ( 1 + e-x ).

1- Soient u et v les fonctions définies sur [ 0, +infini[ par u(t) = ln (1+t)-t  et v(t) = ln(1+t)-t+(1/2)*t²

a) Etudier les variations de u et de v.
Avec les dérivées, j'arrive à u décroissante et v croissante sur l'intervalle, avec u(0) = 0 et v(0) = 0.

b)En déduire que pour tout réel t positif on a: "t - (1/2)*t² <= ln(1+t) <= t".

Pas bien compliqué non plus, u et v sont monotones et ont pour premier terme 0, il suffit donc de faire u(t) <= 0 et v(t) >= 0 et de réussir à isoler ln(1+t) d'un côté.
ln(1+t)-t <= 0    <=> ln(1+t) <= t
ln(1+t)-t+(1/2)*t²     <=>  t - (1/2)*t² <= ln (1+t)

2- Soit n un entier naturel non nul. On considère le nombre : Sn = f(1) + f(2)... + f(n)

a) Démontrer que pour tout entier naturel n on a:
(1-e-n)/(e-1) - (1/2)*(1-e-2n)/(e²-1) <= Sn <= (1-e-n)/(e-1)

C'est ici que je bloque.
Au début, j'ai pensé qu'il fallait remplacer le "t" dans "t - (1/2)*t² <= ln(1+t) <= t" par "(1-e-n)/(e-1)", mais j'obtenais quelque chose de bizarre avec ln(1+t).

Autre chose à laquelle j'ai pensé, comme "t - (1/2)*t² <= ln(1+t) <= t", alors cela peut aussi marcher avec leurs sommes?

\sum{t - (1/2)*t² } <= \sum{ln(1+t)} <= \sum{t}, en allant de 1 à n.

Du coup, \sum{ln(1+t)} = Sn, il suffit de trouver  \sum{t}, sauf que je ne vois pas quelle formule utiliser (la somme des termes pour une suite géométrique peut-être?).

Il reste une dernière question, mais je devrais pouvoir me débrouiller.

Voila, merci d'avance.

Posté par
carpediem
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 15:50

salut

Citation :
Au début, j'ai pensé qu'il fallait remplacer le "t" dans "t - (1/2)*t² <= ln(1+t) <= t" par "(1-e-n)/(e-1)", mais j'obtenais quelque chose de bizarre avec ln(1+t).


peut-être plutôt par exp(-n) ... puisque f(t) = ln (1 + exp(-t))

puis reconnaitre la somme des termes d'une suite géométrique ...

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 15:52

Bonjour,
f(n) = ln ( 1 + e-n ) et t - (1/2) ln(1+t) t

D'où e-n - (1/2)e-2n f(n) e-n

Ensuite tu peux en déduire un encadrement de la somme Sn .

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 15:53

Bonjour carpediem

Posté par
luzak
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 15:54

Bonsoir !
Le "autre chose" me semble convenir :
Tu auras un encadrement avec \sum_{k=1}^ne^{-k}-\dfrac12\sum_{k=1}^ne^{-2k} et \sum_{k=1}^ne^{-k} et ces sommes sont des sommes de suites géométriques de raison e^{-1},\;e^{-2}.

Posté par
Docteur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 16:46

D'accord, la piste de la suite géométrique était donc la bonne, merci à vous

Si je me souviens bien, la formule pour la somme des termes consécutifs d'une suite géométrique U de raison q est bien : \sum_{k=1}^nUi = U1 * (1-qn)/(1-q)?

Donc \sum_{k=1}^ne^{-k} = e-1*[(1-e-n)/(1-e-1)].

J'ai juste un dernier problème avec le résultat:

J'ai vérifié avec la calculatrice que e-1* [1/(1-e-1)] = 1/(e1-1), mais je n'ai pas compris comment cela fonctionne, pourriez-vous m'expliquer SVP?

Posté par
carpediem
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 17:05

il suffit de retourner au collège et appliquer la règle fondamentale des fractions : \dfrac a b = \dfrac {ka} {kb}

qui est k ici ?

Posté par
Docteur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 17:34

Effectivement, je ne l'avais pas vu

k = e-1, je n'avais pas pensé à décomposer 1 en e1*e-1, merci à vous

Posté par
carpediem
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 17:56

ben non !!! k = e !!!

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 18:25

Bonjour,
Si on écrit \frac{e^{-1}}{1-e^{-1}} = \frac{e^{-1}}{e\times e^{-1}-e^{-1}} = \frac{1}{e-1}

On utilise bien k = e^{-1}

Posté par
carpediem
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 20:49

ben non !!

\dfrac{e^{-1}} {1-e^{-1}} = \dfrac{ee^{-1}}{e( 1 - e^{-1})} = \dfrac 1 {e-1}

je multiplie par k = e numérateur et dénominateur !!!

Posté par
Sylvieg Moderateur
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 20:58

C'est plus ben oui avec \dfrac{1}{e-1} = \dfrac{e^{-1}}{e\times e^{-1}-e^{-1}} = \dfrac{e^{-1}}{1-e^{-1}} ?

Posté par
carpediem
re : DM Logarithme Népérien 25-03-17 à 21:24

Citation :
J'ai vérifié avec la calculatrice que e-1* [1/(1-e-1)] = 1/(e1-1), mais je n'ai pas compris comment cela fonctionne, pourriez-vous m'expliquer SVP?


ben non puisqu'on part de \dfrac{e^{-1}} {1-e^{-1}} = \dfrac{ee^{-1}}{e( 1 - e^{-1})} = \dfrac 1 {e-1}

et qu'en France on lit de gauche à droite ...

je serais évidemment d'accord pour une lecture de droite à gauche ...

et le pb n'est pas "si on écrit ..." le pb c'est
carpediem @ 25-03-2017 à 17:05

il suffit de retourner au collège et appliquer la règle fondamentale des fractions : \dfrac a b = \dfrac {ka} {kb}

qui est k ici ?


même pas d'accord d'ailleurs

puisque pour appliquer la règle que j'ai citée c'est ::

\dfrac 1 {e - 1} = \dfrac {e^{-1}.1}{e^{-1}(e - 1)}



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