Vidéo 2 : Propriétés algébriques du logarithme · 3 min 26 s · sous-titres en français
Le cours écrit
2.1 La relation fondamentale
Propriété. Pour tous réels a>0 et b>0,
ln(ab)=lna+lnb.
On dit que le logarithme transforme les produits en sommes.
Démonstration. D'après la propriété de l'exponentielle vue en Première,
elna+lnb=elna×elnb=a×b.
Par ailleurs, eln(ab)=ab. Les réels lna+lnb et ln(ab) ont la même exponentielle. Comme la fonction exponentielle est strictement croissante, deux réels distincts ont des exponentielles distinctes : ln(ab)=lna+lnb.
2.2 Les conséquences
Pour tous réels a>0 et b>0, et tout entier relatif n :
Règle
Justification
ln(b1)=−lnb
lnb+ln(b1)=ln(b×b1)=ln1=0
ln(ba)=lna−lnb
ba=a×b1
ln(an)=nlna
enlna=(elna)n=an (Première : enx=(ex)n)
ln(a)=21lna
a×a=a, donc 2ln(a)=lna
2.3 Exemples
Exemple 5. Écrire en fonction de ln2 et ln3.
ln18=ln(2×32)=ln2+2ln3.
ln(161)=−ln(24)=−4ln2.
ln(12)=21ln(22×3)=21(2ln2+ln3)=ln2+21ln3.
ln0,75=ln(43)=ln3−2ln2.
Exemple 6.A=ln(e3)−ln(e)+ln(e21)=3−21−2=21.
B=ln12−ln3−ln4=ln(3×412)=ln1=0.
Exemple 7. Pour tout réel x>0 : ln(x2+x)−lnx=ln(xx2+x)=ln(x+1).
Exemple 8.3−5>0, car 5≈2,236. Donc
ln(3+5)+ln(3−5)=ln((3+5)(3−5))=ln(9−5)=ln4=2ln2.
2.4 Les pièges
Il n'y a pas de formule pour le logarithme d'une somme.ln(1+1)=ln2≈0,693, alors que ln1+ln1=0.
Le logarithme d'un produit n'est pas le produit des logarithmes.ln(e×e)=2, alors que lne×lne=1.
Attention au signe. La règle ln(an)=nlna demande a>0. Pour x=−3, ln(x2)=ln9 existe, mais lnx n'existe pas : ln(x2)=2lnx n'est vrai que pour x>0.
2.5 Deux équations fonctionnelles en miroir
Le programme demande d'« utiliser l'équation fonctionnelle de l'exponentielle ou du logarithme pour transformer une écriture ». Les deux tableaux se correspondent ligne à ligne.
Exponentielle (tout réel a, b)
Logarithme (a>0, b>0)
ea+b=eaeb
ln(ab)=lna+lnb
e−b=eb1
ln(b1)=−lnb
ea−b=ebea
ln(ba)=lna−lnb
ena=(ea)n
ln(an)=nlna
L'exponentielle transforme les sommes en produits ; le logarithme transforme les produits en sommes. C'est cette propriété qui a fait le succès des logarithmes, bien avant les calculatrices (leçon 8).