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Le logarithme népérien

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  1. 1

    Soit f(x)=lnxxef(x) = \ln x - \dfrac{x}{e} sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.
    Montre que, pour tout x>0x > 0, lnxxe\ln x \le \dfrac{x}{e}.

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    a) f(x)=1x1e=exexf'(x) = \frac{1}{x} - \frac{1}{e} = \frac{e - x}{ex} ; comme ex>0ex > 0, f′ a le signe de exe - x : positive sur ]0;e[]0 \,;\, e[, négative sur ]e;+[]e \,;\, +\infty[.
    b) f est croissante sur ]0;e]]0 \,;\, e] et décroissante sur [e;+[[e \,;\, +\infty[. Maximum : f(e)=11=0f(e) = 1 - 1 = 0.
    c) Pour tout x>0x > 0, f(x)0f(x) \le 0, soit lnxxe0\ln x - \frac{x}{e} \le 0, donc lnxxe\ln x \le \frac{x}{e} (avec égalité pour x=ex = e).

  2. 2

    L'iode 131, utilisé en médecine, a une demi-vie de 8,02 jours. Le nombre de noyaux est N(t)=N0eλtN(t) = N_{0}e^{-\lambda t}, t en jours.
    Au bout de combien de jours, arrondi à l'unité, le nombre de noyaux est-il divisé par 1000 ?

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    a) t1/2=ln2λt_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}, donc λ=ln28,020,0864\lambda = \frac{\ln 2}{8{,}02} \approx 0{,}0864 par jour.
    b) N(30)N0=e30λ=e30ln28,020,0748\frac{N(30)}{N_{0}} = e^{-30\lambda} = e^{-\frac{30\ln 2}{8{,}02}} \approx 0{,}0748 : il reste environ 7,5 % des noyaux.
    c) eλt=11000    λt=ln1000    t=8,02×ln1000ln279,9e^{-\lambda t} = \frac{1}{1000} \iff \lambda t = \ln 1000 \iff t = \frac{8{,}02 \times \ln 1000}{\ln 2} \approx 79{,}9.
    Le nombre de noyaux est divisé par 1000 au bout d'environ 80 jours.

  3. 3

    Le niveau sonore d'une source d'intensité I est L=10log(II0)L = 10\log\left(\frac{I}{I_{0}}\right), en dB, avec I0=1012I_{0} = 10^{-12} W/m². Des sources identiques jouant ensemble additionnent leurs intensités.
    Combien faut-il au minimum de sources identiques de 60 dB, jouant ensemble, pour atteindre au moins 75 dB ?

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  4. 4

    Soit h(x)=(lnx)22lnxh(x) = (\ln x)^{2} - 2\ln x sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.
    Résous l'équation h(x)=0h(x) = 0 sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.

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  5. 5

    Une ville compte 12 000 habitants et sa population diminue de 2 % par an : au bout de n années, elle compte P(n)=12000×0,98nP(n) = 12\,000 \times 0{,}98^{n} habitants.
    Au bout de combien d'années entières la population sera-t-elle passée pour la première fois sous la moitié de sa valeur initiale ?

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  6. 6

    Le pH d'une solution est pH=log[H3O+]\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H_{3}O^{+}}], la concentration étant en mol/L. On dispose d'une solution de pH 2,5.
    Par quel facteur faut-il diluer la solution pour que son pH passe de 2,5 à 4 ? Arrondis au dixième.

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  7. 7

    On étudie l'expression ln(x+1)+ln(x1)\ln(x + 1) + \ln(x - 1).
    Résous dans ]1;+[]1 \,;\, +\infty[ l'inéquation ln(x+1)+ln(x1)<ln8\ln(x + 1) + \ln(x - 1) < \ln 8.

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  8. 8

    Soit k(x)=xlnxxk(x) = x\ln x - x sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.
    Résous l'équation k(x)=0k(x) = 0 sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[ et donne le signe de k(x)k(x).

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  9. 9

    Dans une fibre optique, la puissance lumineuse après L kilomètres est P(L)=P0e0,046LP(L) = P_{0}e^{-0{,}046L}. L'atténuation, en dB, est A=10log(P0P)A = 10\log\left(\frac{P_{0}}{P}\right).
    Quelle longueur maximale de fibre, arrondie au kilomètre, garantit une puissance reçue d'au moins 1 % de P0P_{0} ?

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  10. 10

    Soit f(x)=x28lnxf(x) = x^{2} - 8\ln x sur ]0;+[]0 \,;\, +\infty[.
    Dresse le tableau de variations de f sur [1;4][1 \,;\, 4], avec les valeurs exactes et les valeurs arrondies au centième.

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