Les conditions d'existence sont écrites avant toute transformation. Cette habitude évite de conserver des solutions interdites ou d'appliquer une propriété du logarithme à une quantité négative.
Les exercices vont des propriétés algébriques à l'étude de fonction et à une échelle logarithmique, avec un niveau de justification adapté à chaque situation.
Domaines et propriétés
Sécuriser les arguments des logarithmes avant de calculer.
Exercice 1 : Domaine d’une expression
Facile
On considère .
- Déterminer l'ensemble de définition.
- Réunir les deux logarithmes en un seul.
- Résoudre .
Voir le corrigé
- Il faut et , donc .
- Sur ce domaine, .
- équivaut à , soit . Ainsi , qui appartient au domaine.
Exercice 2 : Équation avec filtrage
Moyen
Résoudre dans l'équation .
- Établir d'abord le domaine.
- Résoudre l'équation puis contrôler la solution.
Voir le corrigé
- Il faut et , donc x>0.
- donne , donc . Cette valeur est admise, ainsi l'ensemble solution est .
Inéquations et variations
La croissance de ln permet de comparer des arguments positifs.
Exercice 3 : Inéquation logarithmique
Moyen
Résoudre .
- Déterminer le domaine commun.
- Utiliser la monotonie de ln.
- Donner l'ensemble solution.
Voir le corrigé
- et donnent .
- Comme ln est strictement croissante, l'inéquation équivaut à , soit .
- En croisant avec le domaine, .
Exercice 4 : Étude de
Moyen
Sur , on pose .
- Étudier les variations de g.
- Déterminer son minimum.
- En déduire une inégalité valable pour tout x>0.
Indication
Le signe de se lit après réduction au même dénominateur.
Voir le corrigé
- . g décroît sur puis croît sur .
- Son minimum vaut .
- Ainsi , soit pour tout x>0.
Limites et modèles logarithmiques
Interpréter une valeur logarithmique dans son unité réelle.
Exercice 5 : Croissance comparée
Difficile
On considère sur .
- Calculer les limites aux bornes du domaine.
- Étudier les variations de h.
- Déterminer, en utilisant la continuité et les variations, le nombre de solutions de .
Indication
La dernière équation équivaut à h(x)=0,2. Comparer 0,2 au maximum de h.
Voir le corrigé
- Quand , . Quand , .
- . h croît jusqu'à e puis décroît, avec maximum .
- h est continue sur . Comme , le TVI et la stricte monotonie montrent que la droite de niveau 0,2 coupe la courbe une fois sur et une fois sur . L'équation a deux solutions positives.
Exercice 6 : Niveau sonore
Moyen
Pour et , le niveau sonore est , en décibels, avec . On suppose que les intensités des deux sources considérées s'additionnent.
- De combien de décibels le niveau augmente-t-il si l'intensité est multipliée par 100 ?
- Quel facteur d'intensité correspond à une hausse de 15 dB ?
- Expliquer pourquoi deux sources identiques ne doublent pas le nombre de décibels.
Indication
Utiliser .
Voir le corrigé
- La variation vaut dB.
- Il faut , donc .
- Deux sources identiques doublent l'intensité, mais la variation est dB. L'échelle est logarithmique, pas proportionnelle.
Filtrer une équation et établir une inégalité
Le domaine intervient avant l'algèbre, tandis que la convexité d'une différence donne une propriété générale.
Exercice 7 : Produit caché dans une somme de logarithmes
Moyen
Résoudre sur les réels l'équation .
- Déterminer le domaine de l'équation.
- Transformer l'équation puis résoudre l'équation algébrique obtenue.
- Contrôler les solutions dans le domaine initial.
Indication
La propriété exige a et b strictement positifs.
Voir le corrigé
- Il faut et , donc .
- Sur ce domaine, l'équation équivaut à , soit . Les racines sont 3 et -1.
- Seule la valeur 3 appartient au domaine. L'ensemble des solutions est .
Exercice 8 : L’inégalité fondamentale du logarithme
Difficile
On définit sur .
- Étudier les variations de h.
- En déduire que pour tout x strictement positif.
- Déterminer le cas d'égalité et résoudre .
Indication
Le signe de change au point où h doit être comparée à zéro.
Voir le corrigé
- . Comme x est positif, h décroît sur ]0,1] puis croît sur .
- Le minimum vaut . Ainsi , donc .
- L'égalité n'a lieu qu'au minimum, pour . L'équation possède donc l'unique solution 1.