Serie d'exercices : Fonction exponentielle- TL

Classe: 
Terminale

Exercice 1  

Simplifie l’expression suivante :  
\[ A = \dfrac{e^{5x} \times e^{-2x}}{e^{-x+2}} \]  

Exercice 2  

Résoudre dans \( \mathbb{R} \):
1. \( (E) : \dfrac{x(e^x-1)}{x^2+1} = 0 \)  
2. \( (I) : \dfrac{x^2+x-2}{e^{2x}-1} \geq 0 \)  

Exercice 3  

Dans chacun des cas suivants, on admet que la fonction $f$ est dérivable sur $\mathbb{R}$..
Calculer la fonction dérivée de \( f \) dans chaque cas :

a) \( f(x) = e^{-2x+1} \)  
b) \( f(x) = x + 2 - e^x \)  
c) \( f(x) = (1 - x)e^x \)  

Exercice 4  

Déterminer la limite des fonctions suivantes en \( a \):

a) \( f(x) = (2x + 1)e^x + \dfrac{1}{x} \), \( a = +\infty \)  
b) \( f(x) = 2 \times \dfrac{e^x-1}{x} + x^2 \), \( a = 0 \)  

Exercice 5  

Dans chacun des cas suivants, détermine une primitive de \( f \) sur $\mathbb{R}$:  
a) \( f(x) = e^{4x} \)  
b) \( f(x) = e^{3x} - e^{-\dfrac{1}{2}x} + 5 \)  
c) \( f(x) = x - \dfrac{3}{4} + 3e^{-2x+1} \)  

Exercice 6  

Choisir la réponse juste pour chaque affirmation :
\begin{array}{|c|l|c|c|c|}
    \hline
    N° & Affirmations & A & B & C \\
    \hline
    1 & \text{Pour tout }  x \neq 0 ,  \dfrac{e^{2x} - e^x}{e^x + 1} \text{ est égale à }   &  \dfrac{e^x - 1}{1-e^x} &  \dfrac{e^x - 1}{1+e^x}  & \dfrac{e^x - e^{-x}}{1-e^x}  \\
    \hline
    2 & \text{Solution de } e^{x^2 - x - 1} = e^{3x - 4}  &  x = 1  \text{ et }   x = -3  &  x = -1  \text{ et }  x = 3  &  x = 1  \text{ et }  x = 3  \\
    \hline
    3 & \text{Limite de }  e^x - 2x  \text{ en }   +\infty  &  +\infty  &  -\infty  & 0 \\
    \hline
    4 & \text{Dérivée de } f(x) = xe^{-2x}  &  f'(x) = 2xe^{2x}  &  f'(x) = (2x-1)e^{2x}  &  f'(x) = (1-2x)e^{2x}  \\
    \hline
\end{array}

Exercice 7  

Simplifier les expressions suivantes :
a) \( (e^{2x})^2 \times (e^{-x})^2  \)  
b) \( (e^x + e^{-x})^2 - (e^x - e^{-x})^2 \)  

Exercice 8  

Etudier le signe de chacune des expressions suivantes :  
1. \( B = e^{2x} + e^x - 2 \) .  
2. \( C = e^x - 2e^{-x} + 1 \) .  

Exercice 9  

Déterminer la limite en \( +\infty \) et en \( -\infty \) des fonctions suivantes :  
a) \( f(x) = \dfrac{e^{x+1}}{e^x + 2} \)  
b) \( f(x) = \dfrac{x e^x}{x + 1} \)  
c) \( f(x) = \dfrac{e^{x}+1}{e^x + 2} \) 

Exercice 10  

Dans chacun des cas suivants,trouver une primitive de \( f \) sur \( \mathbb{R} \) :  
a) \( f(x) = e^{3x} - e^{-\dfrac{1}{2}x} + 5 \)  
b) \( f(x) = \dfrac{e^{2x}}{1 + e^{2x}} \)  
c) \( f(x) = (2x - 3) e^{-x^2 + 3x + 1} \)

Exercice 11

Soit la fonction $f$ de $\mathbb{R}$ vers $\mathbb{R}$ définie par: $f(x) = 1 - x + e^{x}$. On note $(C)$ la représentation graphique de $f$ dans le plan muni d'un repère orthonormé $(O, I, J)$.

     1. Préciser l'ensemble de définition de $f$, noté $D_f$.
    
     2. Calculer la limite de $f$ en $-\infty$.
    
     
      3. a) Vérifie que pour tout nombre réel $x \neq 0$, $f(x) = x \left( \dfrac{1}{x} - 1 + \dfrac{e^x}{x} \right)$.
        
          b) En Déduire la limite de $f$ en $+\infty$.
    
    
      4. a) Démontrer que la droite $(\Delta)$ d'équation $y = -x + 1$ est asymptote oblique à $(C)$ en $-\infty$.
        
         b) Préciser la position relative de $(C)$ par rapport à $(\Delta)$.
    
    
      5. a) On admet que $f$ est dérivable sur $\mathbb{R}$. Calculer $f'(x)$.
        
         b)Résoudre dans $\mathbb{R}$ l'équation $f'(x) = 0$.
        
         c) Résoudre dans $\mathbb{R}$ l'inéquation $f'(x) > 0$.
        
         d) En Déduire les variations de $f$ et dresser son tableau de variations.
    
    
     Reproduire et complèter le tableau suivant :  

 \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|}
        \hline
        x & -3 & -2 & -1 & 0 & 1 & 2 \\
        \hline
        f(x) & & & & & & \\
        \hline
    \end{array}

    
     Tracer $(C)$ et $(\Delta)$ sur $[-3 ; 2]$.

Exercice 12

Le plan est muni d'un repère orthonormé $(O, I, J)$. L'unité graphique est le centimètre.  
On considère la fonction $f$ dérivable et définie sur $]-\infty;2]$ par $f(x) = (-2x + 3)e^x$.  
On note $(C)$ la représentation graphique de $f$ dans le repère $(O, I, J)$.  

    1. Justifier que
    \[
    \lim\limits_{x \to -\infty} f(x) = 0
    \]
    puis interprèter graphiquement ce résultat.      
   
    2.  a) Vérifier que pour tout élément $x$ de $]-\infty;2]$, $f'(x) = (-2x + 1)e^x$.       
        b) Étudier le signe de la dérivée $f'(x)$ sur $]-\infty;2]$.  
         En déduire les variations de $f$ sur $]-\infty;2]$.  
        
        d)Dresser le tableau de variation de $f$.  
 
    
    3. Soit A le point d'intersection de $(C)$ avec l'axe des abscisses et B le point d'intersection de $(C)$ avec l'axe des ordonnées.  
    Déterminer les coordonnées respectives des points A et B.  
    
    4. Recopier et complèter le tableau des valeurs ci-dessous.  
    
  \begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|}
        \hline
        x & -4 & -3 & -2 & -1 & 0 & 0,5 & 1 & 1,5 & 2 \\
        \hline
        \text{Arrondi d'ordre 1 de }f(x) & 0,2 & 0,4 & 1,8 & 3,3 & & & & & -7,4 \\
        \hline
    \end{array}
    
    
    5. Construire $(C)$ sur l'intervalle $]-\infty;2]$. 

EXERCICE 13

Résoudre dans $\mathbb{R}$ les équations suivantes

1) $e^{2x+1} = e^{3x+7}$
2) $e^{-x+17} = e^x$
3) $e^{x+3}\times e^{x-2} = e^3$
4) $e^{2x} - 4e^x + 3 = 0$
5)$e^{x(x+1)} - 8e^{x+2} - 9e^2 = 0$
6) $2e^{2x-4} + 5e^{x-2} - 3 = 0$

EXERCICE 14

Résoudre dans $\mathbb{R}$ les inéquations suivantes

    1) $e^{3x+2} \leq e$
    2) $e^x - 7 < 0$
    3) $e^{2x} - 9 > 0$
    4) $e^x + 1 > 0$
    5) $e^x(e^x - 4) < 0$
    6) $e^{2x} + e^x - 6 \leq 0$
    7) $e^{2x} + e^x - 2 \geq 0$

EXERCICE 15

Résoudre dans $\mathbb{R}$ les équations et inéquations suivantes

    1) $e^{2x} + e^x + 1 = 0$
    2) $e^x - 13e^x - 48 = 0$
    3) $2e^{2x} + 5e^x + 8 = 0$
    4) $2e^{2x} + 4e^x + 2 = 0$
    5) $e^x - e^x - 6 = 0$
    6) $e^x - 13e^x - 48 = 0$
    7) $e^{2x} + e^x + 1 > 0$
    8) $3e^{2x} - 18e^x + 27 \leq 0$
    9) $e^x - e^x - 11 > 0$
   10) $e^x - 1 \geq 3e^x$
   11) $e^{x+1} = e^x$
   12) $e^x - e^x - 15e^x = e^x$
   13) $e^{x+1} \leq e$
   14) $e^{x+1} \leq e^x$
   15) $3e^{2x} - e^x + 2 \leq 0$
   16) $e^{x+1} - 6e^x + 8e^x \leq 0$

EXERCICE 16

Soit le polynôme $P(x)=x^3 - x^2 - 4x + 4$

    1) Calculer $P(1)$. Écrire $P(x)$ sous la forme d’un produit de facteurs du premier degré.
    2) Résoudre $P(x) = 0$.
    3) En déduire la résolution dans $\mathbb{R}$ de chacune des équations
    
        a) $(\ln x)^3 - (\ln x)^2 - 4(\ln x) + 4 = 0$
        b) $e^{3x} - e^{2x} - 4e^x + 4 = 0$
        c) $e^{3x} - e^{2x} - 4e^x + 4 \geq 0$
    

EXERCICE 17

Soit la fonction $h$ définie sur $\mathbb{R}$ par
$h(x) = 2x^3 - x^2 - 8x + 4$

    1) Calculer $h(-2)$ puis résoudre dans $\mathbb{R}$ :
    $h(x) = 0$ et $h(x) > 0$
    2) En déduire la résolution dans $\mathbb{R}$ :
    
        a) des équations
        $2e^{3x} - e^{2x} - 8e^x + 4 = 0$ \\
        $2e^{3x} - e^{2x} - 8e^x + 4 = 0$
        b) des inéquations
        $2e^{3x} - e^{2x} - 8e^x + 4 > 0$ \\
        $2e^{3x} - e^{2x} - 8e^x + 4 > 0$
    

EXERCICE 18

Résoudre les systèmes suivants

     
    $\begin{cases}
        3e^x - 4e^y = -6 \\
        2e^x + e^y = 7
    \end{cases}$
     
    $\begin{cases}
        xy = -15 \\
        e^x e^y = e^{-2}
    \end{cases}$
     
    $\begin{cases}
        \ln x + \ln 4 = \ln 3 + \ln y \\
        e^x = e^{x-2}
    \end{cases}$

EXERCICE 19

    1) Développer l’expression
    $A = e^{x-2} - (x + 1)(x - 2)$
    2) Résoudre les équations suivantes
    
        A) $e^{3x} - 2e^{x+1} - e^x + 2 = 0$
        B) $e^{x+2} = e^{x^2 + 4x}$
    

EXERCICE 20

    1) Déterminer les racines du polynôme
    $P(x) = x^2 + 4x - 5$
    2) En déduire les solutions de l’équation
    $e^{2x} + 4e^x = 5$
    3) Résoudre les équations suivantes
    
        A) $e^{2x} + e^x - 2 = 0$
        B) $e^{2x+1} + e^{x+1} - 2e = 0$
        C) $e^x - 2e^{-x} + 1 = 0$
    

EXERCICE 21

Simplifier au maximum chacune des expressions suivantes où $a$ représente un réel quelconque
\[
A = \dfrac{e^{x}}{e^{x}}, \quad B = e^x (1 + 2e^{-x}), \quad C = \dfrac{e^{x+2}}{e^{x+1}}, \quad D = (e^x + e^{-x})^2
\]
\[
E = e^{2x} \cdot e^{-2x}, \quad F = e^{2x+1} \cdot e^{-2x}, \quad G = \dfrac{e^{x+2}}{e^{x+1}}, \quad H = \dfrac{e^{x+1}}{(e^x)^2}
\]

EXERCICE 22

Démontrer que pour tout réel $x$, on a :

    1) $\dfrac{e^x-1}{e^{x+1}} = \dfrac{1-e^{-x}}{1+e^{-x}}$
    2) $\dfrac{e^x-1}{e^{2x}} = e^{-x} - e^{-2x}$
    3) $\dfrac{e^{-x}+1}{1+e^x} = e^{-x}$

EXERCICE 23

Calculer la dérivée de la fonction $f$

    1) $f(x) = e^{x^2 - x}$
    2) $f(x) = e^{x^3 - 2x}$
    3) $f(x) = \dfrac{1-e^{-x}}{1-2e^x}$
    4) $f(x) = \dfrac{2e^x}{e^{x-1}}$

EXERCICE 24

Déterminer les limites suivantes

    1) $\lim\limits_{x \to +\infty} e^{-x} + 1$
    2) $\lim\limits_{x \to 0} e^{-x} + 1$
    3) $\lim\limits_{x \to -\infty} e^{-x} + 1$
    4) $\lim\limits_{x \to +\infty} xe^{x}$
    5) $\lim\limits_{x \to -\infty} xe^{-x}$
    6) $\lim\limits_{x \to -\infty} xe^{x}$
    7) $\lim\limits_{x \to -\infty} \dfrac{e^{2x}-1}{e^{x}+1}$
    8) $\lim\limits_{x \to -\infty} \dfrac{1}{1+e^x}$
    9) $\lim\limits_{x \to +\infty} e^x +\dfrac{1}{x}$
   10) $\lim\limits_{x \to +\infty} \dfrac{1}{1+e^{-2x}}$
   11) $\lim\limits_{x \to +\infty} e^{2x}+e^x + 1$
   12) $\lim\limits_{x \to +\infty} \dfrac{e^x+1}{2x}$
   13) $\lim\limits_{x \to -\infty} (x^2 - 4x + 1)e^x$
   14)  $\lim\limits_{x \to +\infty} e^x - x^2 - x$

EXERCICE 25

On considère la fonction $f$ définie par $f(x) = (1 - x)e^x + 1$

    1) Déterminer le domaine de définition de $f$ puis les limites aux bornes. Que peut-on en déduire pour la courbe de $f$ ?
    2) Calculer la fonction dérivée de $f$, étudier son signe puis dresser le tableau de variations de $f$.
    3) Déterminer l’équation de la tangente au point où la courbe coupe l’axe des ordonnées.
    4) Déterminer la nature de la branche infinie de $C_f$ en $-\infty$.
    5) Tracer la courbe.

EXERCICE 26

On considère la fonction \( f \) définie par : \( f(x) = e^{x^2 - 2x} \).

    1)Déterminer le domaine de définition de \( f \) et les limites aux bornes.
    2)Calculer la fonction dérivée de \( f \), étudier son signe puis dresser le tableau de variations de \( f \).
    3)Déterminer l’équation de la tangente aux points d’abscisse \( 0 \) et \( 2 \).
    4)Résoudre dans \(\mathbb{R}\) l’équation \( f(x) = 1 \).

EXERCICE 27

Soit la fonction \( f \) définie par : \( f(x) = \frac{e^x - 1}{e^x + 1} \).

    1)Déterminer le domaine de définition de \( f \).
    
        a) Calculer la limite de \( f \) en \(-\infty\). En déduire l’équation d’une asymptote à la courbe en \(-\infty\).
        b) Calculer la limite de \( f \) en \(+\infty\). En déduire l’équation d’une deuxième asymptote à la courbe en \(+\infty\).
        c) Calculer la fonction dérivée de \( f \), étudier son signe puis dresser le tableau de variations de \( f \).
    
    2) Déterminer l’équation de la tangente au point où la courbe coupe l’axe des ordonnées.
    3) Montrer que pour tout \( x \) réel, \( f(-x) = -f(x) \). Que peut-on en déduire pour la fonction \( f \) et pour sa courbe représentative ?

EXERCICE 28

Soit la fonction \( f \) définie par : \( f(x) = \frac{2e^x - 1}{e^x - 1} \).

    1) Déterminer les réels \( a \) et \( b \) tels que \( f(x) = a + \frac{b}{e^x - 1} \).
    2) Déterminer l’ensemble de définition de la fonction \( f \) et étudier les limites aux bornes de cet ensemble de définition.
     
    
        a) Déterminer la dérivée \( f' \) de la fonction \( f \).
        b) Étudier le sens de variation de la fonction \( f \).
        c) Dresser le tableau de variations de la fonction \( f \).
    
    4)On appelle \( C \) la courbe représentative de \( f \) dans un repère orthonormé \( (O, \vec{i}, \vec{j}) \) (unité 2 cm).
    
        a) Montrer que le point \( A(0, 2) \) est un centre de symétrie pour \( C \).
        b) Tracer \( C \).
    

EXERCICE 29

Soit \( f(x) = \frac{e^x + 1}{e^x - 1} \).

     Déterminer l’ensemble de définition de \( f \).
     Montrer que \( f(x) + f(-x) = 0 \). Conclure.
     Montrer que l’on peut écrire, pour \( x \in D_f \), \( f(x) = 1 + \frac{2}{e^x - 1} \).
     Dresser le tableau de variation et construire \( C_f \) dans un repère orthonormé (unité 2 cm).

EXERCICE 30

Soit \( f(x) = \frac{-1}{e^x - 1} \).

    1) Dresser le tableau de variation de \( f \).
    2) Donner l’équation de la tangente à \( f \) en \( x_0 = 0 \).
    3) Montrer que le point \( (\ln 2, -1/2) \) est un centre de symétrie pour la courbe \( C_f \).
    4) Tracer la courbe \( C_f \).

EXERCICE 31

Soit \( f \) la fonction numérique définie par :
\[ f(x) = x + \ln (2 - e^x) \]

    1) Résoudre l’inéquation \( 2 - e^x > 0 \). En déduire le domaine de définition de \( f \).
    2) Étudier les limites de \( f \) en \(-\infty\) et \( \ln 2 \).
    3) Déterminer le tableau de variation de \( f \).
    4)a)Montrer que pour tout \( x \) de \( D_f \),
    \[ f(x) = x + \ln 2 + \ln (1 - e^x / 2) \].
       b) Montrer que la droite d’équation \( y = x + \ln 2 \) est une asymptote en \(-\infty\) à la courbe \( C_f \). Préciser la position de la courbe par rapport à cette asymptote.
    5) Tracer la courbe \( C_f \) dans un plan muni d’un repère orthonormé \( (O, \vec{i}, \vec{j}) \) (unité 1 cm).

EXERCICE 32 (Bac L2 1999)

On considère la fonction numérique définie par \( f(x) = \frac{1 - 2e^x}{1 + e^x} \). \( C \) est la courbe représentative dans le plan muni d’un repère orthonormé \( (O, \vec{i}, \vec{j}) \).

A) Étude de la fonction \( f \)

    1)a) Déterminer son ensemble de définition.
      b)Déterminer \( \lim_{x \to +\infty} f(x) \) et \( \lim_{x \to -\infty} f(x) \).
      c)Calculer \( f'(x) \) et déterminer son signe.
      d)Dresser le tableau de variation.
    2)a) Démontrer que le point \( (0, -1/2) \) est un centre de symétrie pour la courbe.
      b)Résoudre dans \( \mathbb{R} \) : \( 2e^{2x} - 5e^x + 2 = 0 \).
      c)Déterminer l’équation de la tangente à \( f \) au point d’abscisse \( x_0 = 2 \).
    3) Tracer la courbe \( C \) dans le plan muni d’un repère orthonormé \( (O, \vec{i}, \vec{j}) \) (unité graphique 4 cm).

B) Calcul intégral}

    1) a) Vérifier que pour tout \( x \) réel :
    \[ f(x) = \frac{1 - 2e^x}{1 + e^x} \].
      b)En déduire les primitives de \( f \) sur \( \mathbb{R} \).
    2) Déterminer l’aire en cm\(^2\) du domaine plan délimité par \( C \), l’axe des abscisses, l’axe des ordonnées et la droite d’équation \( x = \ln 3 \).

EXERCICE 33 (Bac L2 2000)

Soit \( f \) la fonction définie par \( f(x) = \frac{e^x + 2}{e^x - 2} \), et \( C_f \) sa courbe représentative dans un repère orthonormal (unité 2 cm).

     
    
    1) a) Quel est l’ensemble de définition de \( f \) ?
        On le notera \( D \).
       b)Calculer la limite de \( f \) en \(-\infty\). En déduire une asymptote à \( C_f \).
       c)Vérifier que pour tout \( x \) de \( D \), \( f(x) = \frac{1 + 2e^{-x}}{1 - 2e^{-x}} \).
       d)Démontrer que la droite d’équation \( x = \ln 2 \) est une asymptote verticale à la courbe \( C_f \).
    
    2) Déterminer \( f'(x) \), son signe et dresser le tableau de variation de \( f \).
    3) Tracer la courbe \( C_f \).
     
    
    4) a)Déterminer les réels \( a \) et \( b \) tels que pour tout \( x \) de \( D \),
        \[ f(x) = a + \frac{b}{e^x - 2} \].
        b) En déduire l’aire en cm\(^2\) de la partie du plan comprise entre \( C_f \), l’axe des abscisses, et les droites d’équation \( x = 2 \) et \( x = 3 \).

EXERCICE 34

PROBLÈME :   

Le plan est muni d'un repère orthonormé $(O; \vec{i}, \vec{j})$ d'unité graphique 1cm.

Soit la fonction $f$ définie par : $f(x) = 2 + \frac{1}{e^x - 1}$ et $(C_f)$ sa courbe représentative.

    1. Justifier que la fonction $f$ est définie sur $D_f = \mathbb{R} \backslash \{0\}$.  (0,5 p)
    
    2. Calculer les limites de $f(x)$ aux bornes de $D_f$. Interpréter graphiquement les résultats.  (1,75 p)
    
    3. Étudier le sens de variations de $f$, puis dresser le tableau de variations de $f$.  (1,75 p)
    
    4. Déterminer l'intersection de la courbe de $f$ avec l'axe des abscisses.  (1 p)
    
    5. Montrer que le point $I\left(\frac{0}{3/2}\right)$ est un centre de symétrie de la courbe $(C_f)$.  (1,5 p)
    
    6. Tracer la courbe $(C_f)$.  (1,5 p)
    
    7. Soit la fonction $F$ définie dans $[0; +\infty[$ par $F(x) = x + \ln(e^x - 1)$.  (1 p)
    
        a. Justifier que $F$ est une primitive de $f$ dans $]0; +\infty[$.
        
        b. Calculer en $\text{cm}^2$, l'aire $\mathcal{A}$ du domaine plan délimité par la courbe $(C_f)$, l'axe des abscisses et les droites d'équations respectives $x = \ln 2$ et $x = \ln 8$.  (1 p)

Correction des exercices


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