Aller au contenu

Vidéo en préparation. Le cours écrit, les exercices et les corrigés de cette leçon sont déjà disponibles ci-dessous.

Leçon 3

Relation fondamentale et nombre e

Le cours écrit

3.1 Un constat

La machine donne exp⁡(1)≈2,718\exp(1) \approx 2{,}718, exp⁡(2)≈7,389\exp(2) \approx 7{,}389 et exp⁡(3)≈20,086\exp(3) \approx 20{,}086. Or 2,718×7,389≈20,082{,}718 \times 7{,}389 \approx 20{,}08. Aux arrondis près, exp⁡(1+2)=exp⁡(1)×exp⁡(2)\exp(1 + 2) = \exp(1) \times \exp(2) : une somme dans la parenthèse, un produit à l'arrivée.

3.2 D'où cela vient

La méthode d'Euler donne une explication. Avec un pas hh : exp⁡(nh)≈(1+h)n,exp⁡(mh)≈(1+h)m,\exp(nh) \approx (1 + h)^n, \qquad \exp(mh) \approx (1 + h)^m, exp⁡((n+m)h)≈(1+h)n+m=(1+h)n×(1+h)m.\exp\big((n + m)h\big) \approx (1 + h)^{n + m} = (1 + h)^n \times (1 + h)^m. Avancer de deux longueurs revient à multiplier les deux facteurs. Ce n'est pas une démonstration, mais c'est la bonne idée.

3.3 La relation fondamentale

Propriété (admise). Pour tous réels xx et yy, exp⁡(x+y)=exp⁡(x)exp⁡(y).\exp(x + y) = \exp(x)\exp(y).

Les mots « pour tous » comptent : la relation est vraie quels que soient les deux nombres, positifs, négatifs ou nuls.

Exemple 9. exp⁡(2)×exp⁡(−5)=exp⁡(2+(−5))=exp⁡(−3)\exp(2) \times \exp(-5) = \exp(2 + (-5)) = \exp(-3).

3.4 Conséquences

En prenant y=−xy = -x, on obtient, pour tout réel xx, exp⁡(x)exp⁡(−x)=exp⁡(0)=1.\exp(x)\exp(-x) = \exp(0) = 1.

L'exponentielle ne s'annule jamais. Raisonnons par l'absurde. Supposons qu'il existe un réel aa tel que exp⁡(a)=0\exp(a) = 0. Alors exp⁡(a)exp⁡(−a)=0\exp(a)\exp(-a) = 0. Or ce produit vaut 11 : c'est impossible. Donc, pour tout réel xx, exp⁡(x)≠0\exp(x) \neq 0.

On peut alors diviser par exp⁡(x)\exp(x) : exp⁡(−x)=1exp⁡(x).\exp(-x) = \frac{1}{\exp(x)}.

3.5 Le nombre e\mathrm{e}

Définition. Le nombre e\mathrm{e} est l'image de 11 par la fonction exponentielle : e=exp⁡(1)≈2,718.\mathrm{e} = \exp(1) \approx 2{,}718.

Avec la relation fondamentale :

  • exp⁡(2)=exp⁡(1+1)=e×e=e2\exp(2) = \exp(1 + 1) = \mathrm{e} \times \mathrm{e} = \mathrm{e}^2 ;
  • exp⁡(3)=e3\exp(3) = \mathrm{e}^3 ;
  • exp⁡(−1)=1e\exp(-1) = \dfrac{1}{\mathrm{e}}.

Plus généralement, pour tout entier relatif nn, exp⁡(n)=en\exp(n) = \mathrm{e}^n.

3.6 La notation ex\mathrm{e}^x

Cette écriture est si pratique qu'on l'étend à tous les réels.

Notation. Pour tout réel xx, on note exp⁡(x)=ex\exp(x) = \mathrm{e}^x.

Pour xx non entier, ce n'est pas un produit de facteurs répétés : c'est une notation. Elle est bien choisie, car les règles sont celles des puissances : ex+y=ex ey,ex e−x=1,e0=1,e1=e.\mathrm{e}^{x + y} = \mathrm{e}^x\,\mathrm{e}^y, \qquad \mathrm{e}^x\,\mathrm{e}^{-x} = 1, \qquad \mathrm{e}^0 = 1, \qquad \mathrm{e}^1 = \mathrm{e}.

Automatisme. On écrit désormais ex\mathrm{e}^x partout. La dérivée de x↦exx \mapsto \mathrm{e}^x est x↦exx \mapsto \mathrm{e}^x.

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 5 et 6

  • Exercice 5 : utiliser la relation fondamentale
  • Exercice 6 : des valeurs approchées sans calculatrice

Exercices du chapitre (PDF, 198 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 154 Ko)

Tu es hors connexion. Les chapitres téléchargés restent disponibles dans Hors connexion.