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La fonction exponentielle

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Le chapitre en bref

Ce que tu vas savoir faire

  • Connaître la définition du nombre e et de la fonction x↦exx \mapsto e^{x}.
  • Utiliser les propriétés algébriques de l'exponentielle pour transformer des expressions.
  • Dériver exe^{x}, ekxe^{kx} et des sommes, produits, quotients de ces fonctions et de polynômes.
  • Connaître la courbe et les limites de l'exponentielle en −∞-\infty et +∞+\infty.
  • Utiliser les croissances comparées pour déterminer des limites.
  • Étudier des fonctions et des modèles physiques utilisant ekte^{kt}.

Le plan du chapitre

  1. 1Le nombre e et la fonction exponentielle
  2. 2Dérivée et variations
  3. 3Courbe et limites
  4. 4Croissances comparées
  5. 5Modèles exponentiels en physique

À retenir

  • e ≈ 2,718 est la base pour laquelle la tangente en 0 à axa^{x} a pour pente 1.
  • ea+b=eaebe^{a + b} = e^{a}e^{b} ; e−a=1eae^{-a} = \frac{1}{e^{a}} ; ea−b=eaebe^{a - b} = \frac{e^{a}}{e^{b}} ; (ea)n=ena(e^{a})^{n} = e^{na} ; ex>0e^{x} > 0.
  • (ex)′=ex(e^{x})' = e^{x} ; (ekx)′=kekx(e^{kx})' = ke^{kx} ; l'exponentielle est strictement croissante.
  • ea=eb  ⟺  a=be^{a} = e^{b} \iff a = b ; ea<eb  ⟺  a<be^{a} < e^{b} \iff a < b.
  • lim⁡+∞ex=+∞\lim\limits_{+\infty} e^{x} = +\infty ; lim⁡−∞ex=0\lim\limits_{-\infty} e^{x} = 0 (asymptote y=0y = 0) ; tangente en 0 : y=x+1y = x + 1.
  • Croissances comparées : lim⁡+∞exxn=+∞\lim\limits_{+\infty} \frac{e^{x}}{x^{n}} = +\infty et lim⁡+∞xne−x=0\lim\limits_{+\infty} x^{n}e^{-x} = 0.

Les questions éclair

Quelle est la dérivée de eˣ ?

eˣ elle-même.

Quelle est la dérivée de ekxe^{kx} ?

k ekxk\,e^{kx}.

Que vaut ea+be^{a+b} ?

eᵃ × eᵇ.

Quelle est la limite de eˣ en −∞ ?

0 : la droite y = 0 est asymptote.

Que vaut la limite de x² e⁻ˣ en +∞ ?

0, par croissance comparée.

Le sais-tu ?

La lettre e a été choisie par Leonhard Euler vers 1728, dans un manuscrit sur le tir au canon. Certains y voient l'initiale de son nom, d'autres celle d'« exponentielle » ; Euler, lui, ne l'a jamais expliqué. Comme π, le nombre e est irrationnel (ses décimales ne se répètent jamais), ce qu'Euler démontra en 1737. En 1873, Charles Hermite alla plus loin : e n'est solution d'aucune équation polynomiale à coefficients entiers. Et une formule d'Euler relie les cinq nombres les plus célèbres des mathématiques : eiπ+1=0e^{i\pi} + 1 = 0 : tu la comprendras au chapitre 7.