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logarithme

Posté par
gilou
15-07-16 à 00:28

bonjour
je cherche à étudier la fonction  ln(x)/(x-1)
pour la dérivée je trouve (1-1/x-ln(x))/(x-1)^2
mais je n'arrive pas à trouver son signe
merci de votre aide

Posté par
mdr_non
re : logarithme 15-07-16 à 00:43

bonjour : )

En réalité \frac{\ln x}{x - 1} n'est pas une fonction, c'est plutôt l'expression de ta fonction.

On appellera f la fontion étudiée. Elle est définie par f(x) = \frac{\ln x}{x - 1} sur un domaine D_f que tu dois identifier.

Ensuite, on trouve effectivement que pour tout x \in \D_f, f'(x) = \frac{1 - \frac{1}{x} - \ln x}{(x - 1)^2}.

Tu as juste besoin du signe du numérateur de la dérivée. Et tu as au moins deux façons de l'étudier :

1) Utiliser la concavité de la fonction logarithme népérien. Et on peut conclure très rapidement.
2) Etudier la signe de la fonction g définie par g(x) = 1 - \frac{1}{x} - \ln x sur D_f.
Donc pour ici, on commence par établir le tableau de variations de g puis on déduit son signe.

Posté par
alb12
re : logarithme 15-07-16 à 08:18

@gilou
L'enonce comporte-t-il d'autres questions ?

Posté par
gilou
re : logarithme 15-07-16 à 10:07

Bonjour , et merci beaucoup pour vos réponses

A mdr_non
La concavité est une notion que je ne maîtrise pas, mais j'ai trouvé un cours sur ce sujet, et je vais fouiller.
Pour l'étude de g\left(x \right) la nuit porte conseil,  je coince sur lim g\left(x \right) lorsque x\rightarrow 0
Mais on voit bien qu'elle reste négative, et cela suffit peut être?
merci pour les idées!

A alb 12

Oui, on me demande ensuite:
Soit n un entier naturel >= 2
Monter qu'il existe un unique réel \alpha _n appartenant à ]0;1[ tel que f(\alpha _n)=n
Montrer que f\left(\frac{1}{\alpha _n} \right) = n\alpha _n

Mais je n'y ai pas encore réfléchi

merci de t'intéresser à mon problème.

Bonne journée à vous  

Posté par
alb12
re : logarithme 15-07-16 à 10:34

Qui donne cet exercice sans aucue indicaton ?

Posté par
mdr_non
re : logarithme 15-07-16 à 10:38

gilou,
En 0, il serait intéressant de transformer l'expression de g et d'utiliser le résultat suivant : \boxed{\lim_{x\to0} x\ln x = 0}.

Posté par
mdr_non
re : logarithme 15-07-16 à 11:03

Pour exploiter la concavité de la fonction logarithme népérien tu aurais eu juste à comprendre deux choses :

Soit I un intervalle de \R et f : I \longrightarrow \R.
a) Si f est deux fois dérivable sur I alors elle est dite concave sur I si et seulement si sa dérivée seconde est négative sur I.
b) Si f est dérivable sur un I alors elle est concave sur I si et seulement si son graphe est en dessous de chacune de ses tangentes.


Donc pour cet exercice :

La fonction logarithme népérien est au moins deux fois dérivable et elle est concave sur \R^{*}_+ car sa dérivée seconde est négative. (a))

Ainsi, son graphe est en dessous de chacune de ses tangentes et en particulier sa tangente en 1. (b))

Donc en fait, pour tout x \in \R^*_+ :

on a \ln x \leq x - 1 d'où \ln\frac{1}{x} = -\ln x \leq \frac{1}{x} - 1 puis 1 - \frac{1}{x} - \ln x \leq 0.

De cette étude on peut en déduire que la dérivée de f est négative sur D_f (que tu n'as toujours pas donné).
Tu dois ensuite faire attention à la conclusion que tu donneras.

Posté par
J-P Posteur d'énigmes
re : logarithme 15-07-16 à 11:17

1)

Df : x compris dans ]0 ; 1[ U ]1 ; +oo[

f'(x) = (1 - 1/x - ln(x))/(x-1)²
---

1 - 1/x - ln(x) = [(x - 1) - x.ln(x)]/x

Sur Df, f'(x) a le signe de g(x) = (x - 1) - x.ln(x)

g'(x) = 1 - ln(x) - 1 = - ln(x)

a) Pour x dans ]0 ; 1[
g'(x) > 0 --> g(x) est croissante sur cet intervalle.
lim(x--> +1-) g(x) = 0
Et donc g(x) < 0 sur ]0 ; 1[ --> g(x) < 0 --> f'(x) < 0 --> f est strictement décroissante sur ]0 ; 1[

b)
Pour x dans ]1 ; +oo[
g'(x) < 0 --> g(x) est décroissante.
lim(x--> +1+) g(x) = 0
Et donc g(x) < 0 sur ]1 ; +oo[ --> g(x) < 0 --> f'(x) < 0 --> f est strictement décroissante sur ]1 ; +oo[
--------------
2)

lim(x --> 0+) f(x) = -oo/-1 = +oo

lim(x --> +1-) f(x) = 1

Et on sait que f est strictement décroissante pour x dans ]0 ; 1[

Et donc ...

Sauf distraction.  

Posté par
malou Webmaster
re : logarithme 15-07-16 à 11:42

Bonjour
oui....le profil du posteur dit bac S
et en term S, la notion de concavité n'est pas étudiée...

d'où la question d'alb12 qui se demandait si une étude intermédiaire avait été demandée ou laissée à l'initiative comme le fait J-P

Posté par
alb12
re : logarithme 15-07-16 à 12:07

L'enonce donne peut etre l'ensemble de definition ?

Posté par
alb12
re : logarithme 15-07-16 à 21:38

"je cherche à étudier la fonction  ln(x)/(x-1) "
un enonce de mathematique ne peut pas commencer ainsi.
Ecris fidelement chaque mot de l'exercice

Posté par
cocolaricotte
re : logarithme 15-07-16 à 22:30

Bonsoir

Après plus de 24h on cherche encore  le domaine de définition de la fonction f définie par f(x) = \dfrac{ln(x)}{x-1}

C'est une fraction qui existe

quand le numérateur existe (la fonction ln est définie sur ...)
et
quand le dénominateur est non nul !

Posté par
cocolaricotte
re : logarithme 15-07-16 à 22:34

Peut-être qu'on a jamais précisé cette notion à gilou

Posté par
cocolaricotte
re : logarithme 15-07-16 à 22:39

Quand on regarde le profil de  gilou  on lit

Niveau = Ter S

Et plus de 90% des inscrits ont eu le bac !  

Posté par
cocolaricotte
re : logarithme 15-07-16 à 22:45

On pourrait espérer que certains élèves de Ter S prennent des initiatives

Posté par
gilou
re : logarithme 16-07-16 à 00:31

Oui, pardon,  D_f =\mathbb{R}_+*-{1}
Le sujet était Domaine de définition et variations de f(x) = \frac{ln(x)}{x-1}

A mdr-non
\lim_{x\rightarrow 0}1-\frac{1}{x}-ln\left(x \right)=\lim_{x\rightarrow 0}1-\frac{1+x ln(x)}{x}=1- 1/0 = -\infty
merci, et merci aussi pour l'explication sur la concavité

A J-P
et donc
f est une bijection de ]0;1[ vers ]1;+\infty[
donc pour tout n \in ]1;+\infty[ \exists!  \alpha _n \in \left[0 ;\right1] / f(\alpha _n)=n
a fortiori si n Naturel et >2

Merci

La dernière question était: montrer que:
f\left(\frac{1}{\alpha _n} \right) = n\alpha _n

elle ne m'a pas posé de souci

merci à tous pour la rapidité de vos réponses

Posté par
mdr_non
re : logarithme 16-07-16 à 00:50

Oui très bien pour la limite, ce qui te permet d'arriver à la même conclusion que J-P pour l'étude de fonction que je t'ai proposée.

Pour ta rédaction du calcul de limite, évite d'écrire le 1/0, mais par exemple, écris plutôt de la façon suivante :

\lim_{\substack{x\to 0\\x>0}} 1 + x\ln x = 1 d'où par quotient \lim_{\substack{x\to 0\\x>0}} -\frac{1 + x\ln x}{x} = -\infty puis par somme \lim_{\substack{x\to 0\\x>0}} 1 - \frac{1 + x\ln x}{x} = -\infty.


D_f = \R_+^{*} - \{1\} oui. Sache qu'on pouvait prolonger par continuité la fonction f à \R_+^{*} en posant f(1) = 1.


Pour la suite ok, tu as une faute de frappe : \alpha_n \in ]0 , 1[.


De rien : ) Bonne continuation : )

Posté par
mdr_non
re : logarithme 16-07-16 à 01:37

Citation :
Oui très bien pour la limite, ce qui te permet d'arriver à la même conclusion que J-P pour l'étude de fonction que je t'ai proposée.
Plutôt, c'est seulement le calcul de la limite en 1 qui était utile pour conclure sur le signe de g et c'était bien ta question de g reste négative que je n'avais pas répondu plus haut.



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