Dérivées de composées ln(u) - Exercice 1

30 min
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Déterminer les dérivées des fonctions suivantes, en donnant dans un premier temps leur domaine de dérivabilité.
Question 1

f(x)=2ln⁡(4x+6)f\left(x\right)=2\ln \left(4x+6\right)

Correction
La fonction ffest définie si et seulement si 4x+6>0⇔x>−324x+6>0\Leftrightarrow x>-\frac{3}{2} .
Ainsi le domaine de définition est Df=]−32;+∞[Df=\left]-\frac{3}{2} ;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]−32;+∞[\left]-\frac{3}{2} ;+\infty \right[.
On reconnait la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=4x+6u\left(x\right)=4x+6 et u′(x)=4u'\left(x\right)=4
Ainsi : f′(x)=2×44x+6⇔f'\left(x\right)=2\times \frac{4}{4x+6} \Leftrightarrow
f′(x)=84x+6f'\left(x\right)=\frac{8}{4x+6}
Question 2

f(x)=ln⁡(x2+1)f\left(x\right)=\ln \left(x^{2} +1\right)

Correction
La fonction ff est définie si et seulement si x2+1>0⇔x∈Rx^{2} +1>0\Leftrightarrow x\in \mathbb{R}.
Ainsi le domaine de définition est Df=]−∞;+∞[Df=\left]-\infty ;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]−∞;+∞[\left]-\infty ;+\infty \right[.
On reconnaît la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=x2+1u\left(x\right)=x^{2} +1 et u′(x)=2xu'\left(x\right)=2x
Ainsi
f′(x)=2xx2+1f'\left(x\right)=\frac{2x}{x^{2} +1}
Question 3

f(x)=ln⁡(ln⁡(x))f\left(x\right)=\ln \left(\ln \left(x\right)\right)

Correction
La fonction ffest définie si et seulement si ln⁡(x)>0⇔ln⁡(x)>ln⁡(1)⇔x>1\ln \left(x\right)>0\Leftrightarrow \ln \left(x\right)>\ln \left(1\right)\Leftrightarrow x>1.
Ainsi le domaine de définition est Df=]1;+∞[Df=\left]1;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]1;+∞[\left]1;+\infty \right[.
On reconnait la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=ln⁡(x)u\left(x\right)=\ln \left(x\right) et u′(x)=1xu'\left(x\right)=\frac{1}{x}
Ainsi f′(x)=(1x)ln⁡(x)⇔f'\left(x\right)=\frac{\left(\frac{1}{x} \right)}{\ln \left(x\right)} \Leftrightarrow
f′(x)=1xln⁡(x)f'\left(x\right)=\frac{1}{x\ln \left(x\right)}
Question 4

f(x)=ln⁡(x+1)ln⁡(2x)f\left(x\right)=\frac{\ln \left(x+1\right)}{\ln \left(2x\right)}

Correction
La fonction ffest définie si et seulement si: {x+1>0 et 2x>0⇔{x>−1 et x>0\left\{\begin{array}{c} {x+1>0} \\ {\text{ et }} \\ {2x>0} \end{array}\right. \Leftrightarrow \left\{\begin{array}{c} {x>-1} \\ {\text{ et }} \\ {x>0} \end{array}\right.
Ainsi le domaine de définition est
Df=]0;+∞[D_{f} =\left]0;+\infty \right[

De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]0;+∞[\left]0;+\infty \right[.
On reconnait la forme (uv)′=u′v−uv′v2\left(\frac{u}{v} \right)^{'} =\frac{u'v-uv'}{v^{2} } avec u(x)=ln⁡(x+1)u\left(x\right)=\ln \left(x+1\right) et v(x)=ln⁡(2x)v\left(x\right)=\ln \left(2x\right).
Ainsi u′(x)=1x+1u'\left(x\right)=\frac{1}{x+1} et v′(x)=22x=1xv'\left(x\right)=\frac{2}{2x} =\frac{1}{x} .
Il vient alors que f′(x)=1x+1×ln⁡(2x)−ln⁡(x+1)×1x(ln⁡(2x))2⇔f'\left(x\right)=\frac{\frac{1}{x+1} \times \ln \left(2x\right)-\ln \left(x+1\right)\times \frac{1}{x} }{\left(\ln \left(2x\right)\right)^{2} } \Leftrightarrow
f′(x)=ln⁡(2x)x+1−ln⁡(x+1)x(ln⁡(2x))2f'\left(x\right)=\frac{\frac{\ln \left(2x\right)}{x+1} -\frac{\ln \left(x+1\right)}{x} }{\left(\ln \left(2x\right)\right)^{2} }
Question 5

f(x)=ln⁡(ex+3x2+1)f\left(x\right)=\ln \left(e^{x} +3x^{2} +1\right)

Correction
Comme pour tout réel xx, on sait que ex>0e^{x} >0 et 3x2+1>03x^{2} +1>0 .
La fonction ffest définie si et seulement si ex+3x2+1>0⇔x∈Re^{x} +3x^{2} +1>0\Leftrightarrow x\in \mathbb{R}.
Ainsi le domaine de définition est Df=]−∞;+∞[Df=\left]-\infty ;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]−∞;+∞[\left]-\infty ;+\infty \right[.
On reconnait la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=ex+3x2+1u\left(x\right)=e^{x} +3x^{2} +1 et u′(x)=ex+6xu'\left(x\right)=e^{x} +6x
Ainsi
f′(x)=ex+6xex+3x2+1f'\left(x\right)=\frac{e^{x} +6x}{e^{x} +3x^{2} +1}
Question 6

f(x)=ln⁡(1x)f\left(x\right)=\ln \left(\frac{1}{x}\right)

Correction
La fonction ff est définie si et seulement si 1x>0⇔x∈]0;+∞[\frac{1}{x}>0\Leftrightarrow x\in \left]0;+\infty \right[.
Ainsi le domaine de définition est Df=]0;+∞[Df=\left]0;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]0;+∞[\left]0;+\infty \right[.
On reconnaît la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=1xu\left(x\right)=\frac{1}{x} et u′(x)=−1x2u'\left(x\right)=-\frac{1}{x^{2}}
D'où :
f′(x)=−1x21xf'\left(x\right)=\frac{-\frac{1}{x^{2}}}{\frac{1}{x}} . On multiplie par l'inverse du dénominateur :
f′(x)=−1x2×x1f'\left(x\right)=-\frac{1}{x^{2} } \times \frac{x}{1}
Ainsi :
f′(x)=−1xf'\left(x\right)=\frac{-1}{x}
Question 7

f(x)=5ln⁡(7x−14)f\left(x\right)=5\ln \left(7x-14\right)

Correction
La fonction ffest définie si et seulement si 7x−14>0⇔7x>14⇔x>147⇔x>27x-14>0\Leftrightarrow 7x>14\Leftrightarrow x>\frac{14}{7}\Leftrightarrow x>2 .
Ainsi le domaine de définition est Df=]2;+∞[Df=\left]2 ;+\infty \right[.
De plus le domaine de dérivabilité est le même intervalle que celui du domaine de définition. Ainsi ff est dérivable sur ]2;+∞[\left]2 ;+\infty \right[.
On reconnait la forme (ln⁡(u))′=u′u\left(\ln \left(u\right)\right)^{'} =\frac{u'}{u}
On a u(x)=7x−14u\left(x\right)=7x-14 et u′(x)=7u'\left(x\right)=7 .
Ainsi f′(x)=5×77x−14⇔f'\left(x\right)=5\times \frac{7}{7x-14} \Leftrightarrow
f′(x)=357x−14f'\left(x\right)=\frac{35}{7x-14}

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