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Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle)

Posté par
MisterDonkey26
25-09-17 à 20:31

Bonjour ou bonsoir,

Durant une colle de maths j'ai eu affaire à un exercice d'apparence simple mais qui finalement me donne du fil à retordre.
Voici l'énoncé : Montrer que 5x=x5 n'admet que deux solutions dans .
Et voici ce que j'ai fais :
5x=x5
ln(5x)=ln(x5)
xln(5)=5ln(x)
\frac{ln(x)}{x}=\frac{ln(5)}{5}
Ensuite mon colleur m'a donné une petite aide, en disant qu'il fallait étudier \frac{ln(x)}{x} en calculant d'abord la dérivée et faire un tableau de signe puis de variation et que l'on trouverait donc les 2 solutions. A vrai dire je me souviens plus très bien ce qu'il avait exactement dit.
Donc j'ai dérivé : \frac{1-ln(x)}{x^{2}}
Ensuite j'ai étudié le signe du numérateur, étant donné que le dénominateur est au carré et donc le signe est toujours positif :
1-ln(x)=0
x=e
Ensuite le tableau de signe cf image 1
Puis le tableau de variation cf image 2
Donc au final sur mon tableau j'ai une seule solution mais quelle est l'autre ? \frac{ln(5)}{5} ? Ou bien j'ai loupé un truc ou fais une erreur ?
N'hésitez pas à me demander si vous voulez plus de précision

Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle)

Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle)

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 20:39

Quel est le domaine de définition de \ln

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 20:41

]0;+[

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 21:36

Il y en a une de part et d'autre de e

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 21:52

Salut,

es-tu sûre de n'avoir qu'une seule solution ?
C'est ce que te dis ton tableau?
Ou c'est ton interprétation qui est erronée?

Moi je vois que le tableau que tu as fait te dis exactement ce que tu veux montrer.

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 21:59

D'ailleurs, x peut être négatif?
x peut valoir 0 ?

Ton tableau est faux mais pas dans le sens ou tu l'entends.

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:04

Déjà dans le tableau il faudrait donc qu'à la place de -, je mette 0 avec une double barre ?

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:18

ça serait pas mal, oui.

Ensuite étudie les valeurs que prend la fonction aux bornes de l'ensemble de définition et enfin essaye de voir ou se situe la valeur que tu cherche dans le tableau. Si par exemple la valeur que tu cherches est strictement positive, que va t'il se passer?

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:27

Avec des valeurs positives on a un résultat proche de 0

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:35

Si je te demande combien de fois la valeur 1/2*e est atteinte, peut tu me répondre à l'aide du tableau de variation ?

Tu n'as pas répondu à ma première question: que se passe t'il aux bornes?
Tu as la croissance, maintenant avoir le signe c'est facile non?
Tu as donc toutes les informations nécessaire pour répondre à la question

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:54

Réalise un tableau de variation en bonne et dû forme. N'oublie pas les limites, Si tu veux calculer l'autre solution il te faudra calculer la valeur de f(5) à la calculette.  Définir la zone de recherche afin d'approcher la solution, ...

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 22:55

Selon le tableau de variation, la valeur 1/2*e est atteinte une fois

Pour les bornes de l'ensemble de définition : Si on prend 0 c'est impossible car ln(0) n'existe pas et on ne peux pas diviser par 0, et pour +  on a des valeurs qui tendent vers 0

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 23:07

C'est quoi la imite quand x\to 0^+?

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 23:11

-

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 23:20

f(5)=

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 25-09-17 à 23:23

f(5)=\frac{ln(5)}{5}0,32

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 07:46

Non, 1/2*e est atteint deux fois....

Ln(1)=0 donc la fonction  s'annule une fois en 1

Comme 1/e>1/2*e et que le maximum est atteint en 1/e, le tableau dit que 1/2*e est atteint une fois sur la partie croissante de la fonction.

De plus, une fois avoir atteint son maximum, elle décroit vers 0 (comme tu l'as souligné).

Donc 1/2*e est atteint UNE SECONDE FOIS (car 0<1/2*e<1/e)

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 10:54

Bonjour,

Voici ton tableau de variation corrigé, j'ai rajouté les trois valeurs importantes qui sont 0, e, 5

\begin{array}{|c||ccccccccc||}\hline x&0&&1&&e&&5&&+\infty \\ \hline f'(x)= \dfrac{1-\ln x}{x^{2}}& &&+&&0&&-&& \\ \hline &&&&&\dfrac 1e\simeq 0.36&&&&\\&&&&\nearrow&&\searrow&&&\\f(x)=\dfrac{\ln x}{x}&&&0&&&&\dfrac{\ln 5}{5}\simeq 0.32&&\\&&\nearrow&&&&&&\searrow&\\&-\infty&&&&&&&&0\\ \hline \end{array}

Avec ce tableau, arrives tu à situer la 2ème solution?

Posté par
etniopal
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 17:47

Pour tout a > 0  distinct de 1/e , il y a  un seul x a  tel que  ax = xa .  
Ceci  permet de définie  une application u : ]0 , +[ telle que f(x)x =  xf(x)  pour tout x > 0 . Est -t- elle continue , dérivable ?

Posté par
etniopal
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 17:49

Ceci  permet de définir  une bijection  u  de ]0 , +[  sur lui-même .

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 17:56

@etniopal,

Regarde bien le tableau de variation.

Posté par
etniopal
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 18:28


Oula! Oulala !  ça devient grave !

   Pour tout x de  ]1 ,  e[    il y a  un seul y > e   tel que  yx = xy .  

Ceci  permet de définir  une bijection  u  de ]1 , +[  sur lui-même .

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 18:33

Salut etniopal,

Change de café. Là oui, mais ce n'est pas la réponse qu'on attends de MisterDonkey26

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 21:31

Uhm la deuxième solution se trouve donc entre e et + ?

Posté par
lafol Moderateur
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 26-09-17 à 22:19

Bonsoir

ça dépend laquelle tu appelles "la deuxième"
si c'est la plus grande des deux, à savoir 5, effectivement, elle est entre e et l'infini ....

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 19:20

En fait les 2 solutions ce serait pas plutôt 1 et e ? Mais pourquoi on inclut 5 dans le tableau ? Est-ce que seul le tableau de variation suffit à justifier que notre expression admet 2 solutions dans ou il faut faire une phrase ?

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 19:56

Ne mélange pas les choses. Le tableau de variation que j'ai posté contient les valeurs x=0 et  x=1 juste comme indication car ça t'aidera à trouver la solution.

MisterDonkey26 @ 27-09-2017 à 19:20

En fait les 2 solutions ce serait pas plutôt 1 et e ? Mais pourquoi on inclut 5 dans le tableau ? Est-ce que seul le tableau de variation suffit à justifier que notre expression admet 2 solutions dans ou il faut faire une phrase ?
Là, tu t'emmêles les pinceaux et tu ne sais plus ce que tu es en train de chercher
non, mais il est utile pour situer les solutions

Revois les questions réponses précédentes. Tu peux même tracer la courbe puis la droite      
y=\frac{ln(5)}{5}=0,32 et chercher les intersections avec la courbe, puis essayer de comprendre.

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 19:58

Razes @ 27-09-2017 à 19:56

Ne mélange pas les choses. Le tableau de variation que j'ai posté contient les valeurs  x=1  et  x=5 juste comme indication car ça t'aidera à trouver la solution.

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 20:49

En traçant les 2 courbes on voit qu'elles se "coupent" en 1 point (e,\frac{1}{e}). Je pensais qu'elles se couperaient miraculeusement en 2 points mais non.

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 20:59

MisterDonkey26 @ 27-09-2017 à 20:49

En traçant les 2 courbes on voit qu'elles se "coupent" en 1 point (e,\frac{1}{e}). Je pensais qu'elles se couperaient miraculeusement en 2 points mais non.

Tu peux constater que
f(5)=\frac{ln(5)}{5}\approx  0,32
f(e)=\frac{1}{e}\approx  0,36

La droite y=0,32 ne passe pas par le point maximum (e,\frac{1}{e}),

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 21:14

Mea culpa j'ai mal tracé \frac{ln(5)}{5}...
Donc cette fois ci ça coupe en 2 points qui sont : (1.76,0.32) et (5,0.32)

Posté par
jokass
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 21:27

Sans chercher les solutions, en invoquant la continuité de la fonction et son tableau de variation, tout comme je l'ai rapidement (peut être trop) fait avec 1/2*e; ln(5)/5 étant strictement positif et inférieur à 1/e, la fonction l'atteint exactement deux fois.

C'est ça que je voulais que tu comprennes...
Tant pis ...

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 21:30

Maintenant, je t'explique.  Dans le tableau de variation, j'avais mis 5 car c'est la racine triviale et mis 1 et j'attendais que tu me dise que l'autre racine se trouvait dans l'intervalle ]1,1/e[ mais tu n'avais pas réagis.

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 21:42

Je vois mieux maintenant, en fait pour faire simple tu me demandais où est-ce qu'on trouvait 0.32  dans le tableau. En 5 c'était simple parce que c'était écrit noir sur blanc mais pour l'autre solution j'avais moins compris que 0.32 se trouvait également entre 1 et e comme c'était plus subtil.
Donc on sait qu'on a une solution en 5 et une entre 1 et e, mais est-ce qu'il faut la valeur exacte de celle entre 1 et e ? si oui alors comment on l'a trouve par le calcul,, parce que j'ai trouvé sa valeur graphiquement mais c'est pas vraiment une preuve.

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 27-09-17 à 22:12

J'avais prévu cela depuis le début (c'est la dichotomie) mais je voulais que ça vienne de toi.
a_1=1
b_1=1/e
Calcul f((a_1+b_1)/2)
où se trouve la racine recherchée?

a_2=    
b_2=    
Calcul f((a_2+b_2)/2)

On continue jusqu'à la précision souhaitée.

Posté par
MisterDonkey26
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 28-09-17 à 00:06

Si dans le sujet de l'exercice on ne demande pas de précision il n'est donc pas obligatoire de faire un dichotomie, car cela permet juste de se rapprocher de la solution mais dans tous les cas on aura toujours un intervalle.

Posté par
Razes
re : Etudier une expression pour montrer ses solutions (Colle) 28-09-17 à 01:12

Cela dépends de ce qu'on te demande et de ce vous avez au programme.

Sinon ça marche bien à la calculette , ayant prédéterminé la zone où pourrait se situer la racine, le calcul de 4 ou 5 valeurs peut-être suffisant. (fait le au moins une fois)



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