تمارين - 2BACSEF

التانية باكالوريا العلوم التجريبية – خيار فرنسي


درس : Fonctions Exponentielles

Exercice 2

  1. Résoudre dans R les équations suivantes :
  • e(x2+2x3)=1\mathbf{e}^{\left(\mathbf{x}^\mathbf{2}+\mathbf{2x}-\mathbf{3}\right)}=\mathbf{1}
  • ex+ex=2\mathbf{e}^\mathbf{x}+\mathbf{e}^{-\mathbf{x}}=\mathbf{2}
  • 2e2x5ex+2=0\mathbf{2}\mathbf{e}^{\mathbf{2x}}-\mathbf{5}\mathbf{e}^\mathbf{x}+\mathbf{2}=\mathbf{0}
  • e2x+1=1ex\mathbf{e}^{\mathbf{2x}+\mathbf{1}}=\dfrac{\mathbf{1}}{\mathbf{e}^\mathbf{x}}
  • e2x+1ex3=e\dfrac{\mathbf{e}^{\mathbf{2x}+\mathbf{1}}}{\mathbf{e}^{\mathbf{x}-\mathbf{3}}}=\mathbf{e}
  1. Résoudre dans R les inéquations suivantes :
  • e1xe3x\mathbf{e}^{\mathbf{1}-\mathbf{x}}\le\mathbf{e}^{\mathbf{3x}}
  • 1ex<0\mathbf{1}-\mathbf{e}^{-\mathbf{x}}<\mathbf{0}
  • 2ex3ex2<0\dfrac{\mathbf{2}\mathbf{e}^\mathbf{x}-\mathbf{3}}{\mathbf{e}^\mathbf{x}-\mathbf{2}}<\mathbf{0}
  • e2x5ex+6>0\mathbf{e}^{\mathbf{2x}}-\mathbf{5}\mathbf{e}^\mathbf{x}+\mathbf{6}>\mathbf{0}

1/ Soit l’ensemble des solutions dans chaque cas.

  • (E1) : e(x2+23)=1(E_1)~:~\mathbf{e^{(x^2+2-3)}}=1

    (E1)    e(x2+23)=e0    x22x3=0\begin{aligned} (E_1) &\iff e^{(x^2+2-3)}=e^0 \\ &\iff x^2-2x-3=0 \end{aligned}

    Δ=b24ac=(2)24(1)(3)=16\Delta=b^2-4ac=(-2)^2-4(1)(-3)=16

    x1=bΔ2a=242=1x2=bΔ2a=2+42=3x_1=\dfrac{-b-\sqrt\Delta}{2a}=\dfrac{2-4}2=-1\\ x_2=\dfrac{-b-\sqrt\Delta}{2a}=\dfrac{2+4}{2}=3

    S={1;3}S=\left\{-1;3\right\}

  • (E2) : ex+ex=2(E_2)~:~\mathbf{e}^\mathbf{x}+\mathbf{e}^{-\mathbf{x}}=\mathbf{2}

    on sait que : (xR) : ex>0(\forall x\in\R)~:~e^x>0

    (E2)    ex(ex+ex)=2ex    e2x2ex+1=0    (ex1)2=0    ex1=0    ex=1=e0    x=0\begin{align*} (E_2) &\iff e^x(e^x+e^{-x})=2e^x\\ &\iff e^{2x}-2e^x+1=0 \\ &\iff (e^x-1)^2=0\\ &\iff e^x-1=0 \\ &\iff e^x=1=e^0\\ &\iff x=0 \end{align*}
    S={0}S=\left\{0\right\}

  • (E3) : 2e2x5ex+2=0(E_3)~:~\mathbf{2}\mathbf{e}^{\mathbf{2x}}-\mathbf{5}\mathbf{e}^\mathbf{x}+\mathbf{2}=\mathbf{0}

    on pose ex=Xe^x=X

    l’équation devient : 2X25X+2=02X^2-5X+2=0

    Δ=2516=9\Delta=25-16=9
    X1=bΔ2a=534=12 X2=b+Δ2a=5+34=2\begin{align*} &X_1=\dfrac{-b-\sqrt\Delta}{2a}=\dfrac{5-3}{4}=\dfrac12 \\~\\ &X_2=\dfrac{-b+\sqrt\Delta}{2a}=\dfrac{5+3}{4}=2 \end{align*}

    et donc :

    (E3)    ex=12 ou ex=2    x=ln12 ou x=ln2    x=ln2 ou x=ln2\begin{align*} (E_3)&\iff e^x=\dfrac12\text{ ou }e^x=2\\ &\iff x=\ln\dfrac12\text{ ou }x=\ln2 \\ &\iff x=-\ln2\text{ ou }x=\ln2 \end{align*}
    S={ln2 ; ln2}S=\left\{-\ln2~;~\ln2\right\}
  • (E4) : e2x+1=1ex(E_4)~:~\mathbf{e}^{2x+1}=\dfrac{1}{\mathbf{e}^x}

(E4)    e2x+1=ex    e3x+1=1    3x+1=0    x=13\begin{aligned} (E_4) &\iff e^{2x+1}=e^{-x} \\ &\iff e^{3x+1}=1 \\ &\iff 3x+1=0 \\ &\iff x=-\dfrac{1}{3} \end{aligned}
S={13}S=\left\{-\dfrac{1}{3}\right\}

  • (E5) : e2x+1ex3=e(E_5)~:~\dfrac{e^{2x+1}}{e^{x-3}}=e
(E5)    e(2x+1)(x3)=e1    ex+4=e1    x+4=1    x=3\begin{aligned} (E_5) &\iff e^{(2x+1)-(x-3)}=e^1 \\ &\iff e^{x+4}=e^1 \\ &\iff x+4=1 \\ &\iff x=-3 \end{aligned}
S={3}S=\{-3\}

2/

  • (I1) : e1xe3x(I_1)~:~e^{1-x} \le e^{3x}
(I1)    1x3x    14x    x14\begin{aligned} (I_1) &\iff 1-x\le3x \\ &\iff 1\le4x \\ &\iff x\ge\dfrac{1}{4} \end{aligned}
S=[14,+[S=\left[\dfrac{1}{4},+\infty\right[

  • (I2) : 1ex<0(I_2)~:~1-e^{-x}<0
(I2)    1<ex    ln(1)<x    0<x    x<0\begin{aligned} (I_2) &\iff 1<e^{-x} \\ &\iff \ln(1)<-x \\ &\iff 0<-x \\ &\iff x<0 \end{aligned}
S=],0[S=\left]-\infty,0\right[

  • (I3) : 2ex3ex2<0(I_3)~:~\dfrac{2e^x-3}{e^x-2}<0

    Posons X=ex>0X=e^x>0. Alors :

    2X3X2<0\dfrac{2X-3}{X-2}<0

    Les racines sont X=32X=\dfrac{3}{2} et X=2X=2.

X322+2X30++X20+2X3X2+0+ \begin{array}{c|ccccc} X & -\infty & \frac32 & & 2 & +\infty \\\hline 2X-3 & \hspace{.3cm} - & 0 & + & | &\hspace{-.3cm} + \\\hline X-2 & \hspace{.3cm} - & | & - & 0 &\hspace{-.3cm} + \\\hline \dfrac{2X-3}{X-2} & \hspace{.3cm} + & 0 & - & || &\hspace{-.3cm} + \\\hline \end{array}

Le signe du quotient est négatif sur :

]32,2[\left]\dfrac{3}{2},2\right[

Ainsi :

32<ex<2\dfrac{3}{2}<e^x<2

et comme la fonction xlnxx\mapsto\ln x est croissante :

ln(32)<x<ln2\ln\left(\dfrac{3}{2}\right)<x<\ln2

Donc :

S=]ln(32),ln2[S=\left]\ln\left(\dfrac{3}{2}\right),\ln2\right[

  • (I4) : e2x5ex+6>0(I_4)~:~e^{2x}-5e^x+6>0

Posons X=ex>0X=e^x>0.

X25X+6>0X^2-5X+6>0

Résolvons X25X+6=0X^2-5X+6=0 :

Δ=(5)24×1×6=1\Delta=(-5)^2-4\times1\times6=1
X1=2X2=3\begin{aligned} X_1 &= 2 \\ X_2 &= 3 \end{aligned}
X23+X25X+6+00+ \begin{array}{c|ccccc} X & -\infty & 2 & & 3 & +\infty \\\hline X^2-5X+6 & \hspace{.3cm} + & 0 & - & 0 &\hspace{-.3cm} + \\\hline \end{array}

Donc :

X25X+6>0    X<2 ou X>3X^2-5X+6>0 \iff X<2 \text{ ou } X>3

Comme X=ex>0X=e^x>0, alors :

  • ex<2e^x<2 ou ex>3e^x>3

Ce qui donne :

x<ln2oux>ln3x<\ln2\quad\text{ou}\quad x>\ln3

Finalement :

S=],ln2[]ln3,+[S=\left]-\infty,\ln2\right[\cup\left]\ln3,+\infty\right[