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Fonction exponentielle

Définition

Fonction notée exp(x) ou eˣ, unique fonction égale à sa propre dérivée et valant 1 en 0, de base e ≈ 2,718.

Explication

La fonction exponentielle est strictement positive, strictement croissante sur ℝ et tend vers +∞ plus vite que tout polynôme. Propriétés fondamentales : eᵃ⁺ᵇ = eᵃ × eᵇ, e⁻ˣ = 1/eˣ, (eˣ)' = eˣ. Elle modélise la croissance exponentielle (populations, intérêts composés) et la décroissance radioactive.

Exemples

  • 1

    e⁰ = 1, e¹ ≈ 2,718, e² ≈ 7,389.

  • 2

    Croissance bactérienne : N(t) = N₀ × e^(kt) — le nombre double à intervalles réguliers.

  • 3

    (eˣ)' = eˣ — la fonction exponentielle est sa propre dérivée, propriété unique.

L'essentiel à retenir

  • Pour tous réels a et b, eᵃ = eᵇ équivaut à a = b, et eᵃ < eᵇ équivaut à a < b : on peut « enlever » l'exponentielle des deux côtés.
  • Limites : eˣ tend vers 0 en −∞ et vers +∞ en +∞ ; par croissances comparées, eˣ/x tend vers +∞ et x × eˣ tend vers 0 en −∞.
  • Pour toute fonction u dérivable, (e^u)' = u' × e^u, et e^u(x) est toujours strictement positif.
  • (eᵃ)ⁿ = e^(na) et eᵃ/eᵇ = e^(a − b).

Erreurs fréquentes

  • Écrire e^(a + b) = eᵃ + eᵇ : c'est un produit, e^(a + b) = eᵃ × eᵇ.
  • Chercher des solutions à eˣ = 0 ou eˣ = −2 : une exponentielle est strictement positive, ces équations n'ont aucune solution.
  • Confondre e^(x²) et (eˣ)² : la seconde vaut e^(2x), la première non. De même, la dérivée de e^(−x) est −e^(−x), le signe moins ne disparaît pas.

Fonction exponentielle au bac

Au bac, l'exponentielle apparaît dans les études de fonctions du type f(x) = (ax + b)e^(kx). La méthode attendue : dériver avec (uv)' puis factoriser par l'exponentielle, par exemple f'(x) = (…)eˣ, et justifier que eˣ > 0 pour ne garder que le signe du facteur restant. Le correcteur regarde cette justification et le calcul des limites, où l'on doit citer les croissances comparées. Les équations comme e^(2x) − 3eˣ + 2 = 0 se traitent en posant X = eˣ pour se ramener au second degré, sans oublier de vérifier X > 0.

Questions fréquentes

Comment résoudre une équation avec une exponentielle ?

Isole l'exponentielle, puis applique ln des deux côtés : eˣ = 5 donne x = ln 5. Si l'équation s'écrit eᵃ = eᵇ, conclus directement a = b.

Quelle est la différence entre eˣ et exp(x) ?

Aucune : ce sont deux notations de la même fonction. La notation eˣ rappelle qu'elle se manipule comme une puissance.

Combien vaut e ?

e ≈ 2,718. C'est la valeur de la fonction exponentielle en 1 ; c'est un nombre irrationnel, donc on garde e dans les calculs exacts.

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