Introduction et définition de la fonction exponentielle
Rappel sur les puissances et les fonctions puissance
Pour bien comprendre la fonction exponentielle, il est essentiel de revoir les bases des puissances.
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Définition des puissances entières et rationnelles
- Pour un nombre réel et un entier naturel non nul : ( fois).
- Par convention : (pour ).
- Pour un entier relatif négatif : (pour ).
- Pour un nombre rationnel (où est entier et est entier non nul) : (pour ).
- Exemple : .
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Propriétés des puissances Ces règles sont fondamentales et s'appliqueront aussi à la fonction exponentielle :
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Limites des fonctions puissance Une fonction puissance est de la forme où est un entier.
- Si :
- si est pair, et si est impair.
- Si :
- Si :
Le problème de la fonction dérivée égale à elle-même
Imaginez une quantité qui augmente (ou diminue) à un rythme proportionnel à sa propre valeur. Par exemple, une population de bactéries dont le taux de natalité dépend du nombre de bactéries déjà présentes. Mathématiquement, cela se traduit par une fonction telle que sa dérivée est égale à la fonction elle-même, c'est-à-dire .
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Recherche d'une fonction telle que Si nous cherchons une fonction qui, lorsqu'on la dérive, reste identique, nous entrons dans le domaine des équations différentielles. La fonction exponentielle est la solution à ce problème.
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Condition initiale Pour qu'il n'y ait qu'une seule fonction répondant à , nous devons ajouter une condition initiale. La plus courante est . Cette condition "fixe" le point de départ de notre fonction.
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Unicité de cette fonction Il existe une unique fonction définie et dérivable sur qui vérifie :
- pour tout
- Cette fonction est la fonction exponentielle.
Définition de la fonction exponentielle (exp)
La fonction exponentielle est LA solution unique au problème précédent.
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Définition formelle par l'équation différentielle La fonction exponentielle, notée , est l'unique fonction dérivable telle que : C'est une définition très puissante car elle caractérise parfaitement la fonction.
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Notation et Historiquement, on la notait . Cependant, une autre notation est très courante et plus pratique : . Le nombre est l'image de 1 par la fonction exponentielle, c'est-à-dire . La notation est la plus utilisée car elle met en évidence les propriétés de puissance de la fonction exponentielle.
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Valeur de (nombre d'Euler) Le nombre est une constante mathématique fondamentale, un nombre irrationnel (comme ). Sa valeur approchée est : Il est parfois appelé le nombre d'Euler.


