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Dérivées exponentielles et logarithmiques

Dérivée de ln x : formule, démonstration et exemples

La dérivée de ln x est 1/x. Démonstration à partir de eʸ = x, version composée pour ln(u), courbe et exemples corrigés comme ln(2x) et ln(x²+1).

Dérivées exponentielles et logarithmiques Mis à jour Lecture : 3 min

En bref

\frac{d}{dx}\,\ln x = \frac{1}{x}
Dérivée
\dfrac{1}{x} pour x > 0
Forme composée
\dfrac{d}{dx}\ln u = \dfrac{u'}{u}
Avec valeur absolue
\dfrac{d}{dx}\ln\lvert x\rvert = \dfrac{1}{x} pour x \ne 0
Domaine de définition de ln x
x > 0
Version intégrale
\int \frac{1}{x}\,dx = \ln\lvert x\rvert + C
Sur cette page
  1. Courbe de ln x et de sa dérivée
  2. Démonstration : la dérivée de ln x est 1/x
  3. La version composée : dérivée de ln(u)
  4. Exemples corrigés
  5. Erreurs fréquentes

La dérivée de \ln x est \dfrac{1}{x}. C'est l'un des résultats les plus utilisés en analyse, et il comble un manque laissé par la règle de la puissance : aucune puissance de x n'a \frac{1}{x} pour dérivée, mais le logarithme népérien, si.

\frac{d}{dx}\,\ln x = \frac{1}{x}, \qquad x > 0

Courbe de ln x et de sa dérivée

Courbe de y = ln x et de sa dérivée y = 1/x
La pente de \ln x est grande près de x = 0 et diminue quand x augmente. En x = 1, la pente vaut exactement 1, ce qui correspond à \frac{1}{1} = 1.

Comme \frac{1}{x} est toujours positif pour x > 0, le logarithme népérien est strictement croissant. Et comme \frac{1}{x} diminue quand x augmente, \ln x monte de plus en plus lentement : c'est pour cela qu'il est concave.

Démonstration : la dérivée de ln x est 1/x

Posons y = \ln x. Par définition du logarithme népérien, cela signifie

e^y = x

Dérivons les deux membres par rapport à x, en utilisant la dérivation implicite à gauche :

e^y \cdot \frac{dy}{dx} = 1 \quad\Longrightarrow\quad \frac{dy}{dx} = \frac{1}{e^y} = \frac{1}{x}

La dernière étape utilise de nouveau e^y = x. La démonstration repose sur le fait que la dérivée de e^x est e^x, que vous trouverez sur la page dérivée de eˣ.

La version composée : dérivée de ln(u)

La plupart des logarithmes que vous rencontrerez contiennent autre chose que x seul. Avec la règle de dérivation en chaîne :

\frac{d}{dx}\,\ln u = \frac{1}{u}\cdot u' = \frac{u'}{u}

Autrement dit : la dérivée de l'intérieur, divisée par l'intérieur.

Fonction Intérieur u Dérivée \frac{u'}{u}
\ln(2x) 2x \frac{2}{2x} = \frac{1}{x}
\ln(x^2 + 1) x^2 + 1 \frac{2x}{x^2 + 1}
\ln(\sin x) \sin x \frac{\cos x}{\sin x} = \cot x
\ln(e^x + 3) e^x + 3 \frac{e^x}{e^x + 3}
\ln(\ln x) \ln x \frac{1}{x\ln x}

Exemples corrigés

Exemple 1 : un produit. Dérivons f(x) = x^3 \ln x avec la règle du produit :

f'(x) = 3x^2 \ln x + x^3 \cdot \frac{1}{x} = 3x^2\ln x + x^2

Exemple 2 : simplifier d'abord. Dérivons g(x) = \ln\!\left(\dfrac{x^4}{x + 1}\right). Les propriétés du logarithme transforment le quotient en différence :

g(x) = 4\ln x - \ln(x + 1) \quad\Longrightarrow\quad g'(x) = \frac{4}{x} - \frac{1}{x + 1}

C'est bien plus rapide que d'appliquer la règle du quotient à l'intérieur de la règle de dérivation en chaîne. Décomposer les logarithmes avant de dériver est l'idée de la dérivation logarithmique.

Exemple 3 : une tangente. La tangente à y = \ln x en x = e a pour pente \frac{1}{e} et passe par (e, 1) :

y - 1 = \frac{1}{e}(x - e) \quad\Longrightarrow\quad y = \frac{x}{e}

Cette droite passe par l'origine.

Erreurs fréquentes

  1. Écrire \frac{1}{u} et s'arrêter là. \frac{d}{dx}\ln(x^2 + 1) n'est pas \frac{1}{x^2+1}. Il faut multiplier par la dérivée de l'intérieur, 2x.
  2. Confondre \ln(x^2) et (\ln x)^2. \frac{d}{dx}\ln(x^2) = \frac{2}{x}, mais \frac{d}{dx}(\ln x)^2 = \frac{2\ln x}{x}.
  3. Utiliser \frac{1}{x} pour d'autres bases. \frac{d}{dx}\log_{10} x demande le facteur supplémentaire \frac{1}{\ln 10}. Voir la dérivée de log x.
  4. Oublier le domaine de définition. \ln x n'existe que pour x > 0. Pour des valeurs négatives, utilisez \ln\lvert x\rvert, qui a la même dérivée \frac{1}{x}.

Pour aller plus loin sur les logarithmes et les exponentielles, lisez dérivées des fonctions exponentielles et logarithmes, ou consultez la page de la fonction logarithme népérien.

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Questions fréquentes

Quelle est la dérivée de ln x ?

La dérivée de \ln x est \frac{1}{x}, pour tout x > 0.

Quelle est la dérivée de ln(2x) ?

C'est \frac{1}{x}. Par la règle de dérivation en chaîne, \frac{d}{dx}\ln(2x) = \frac{2}{2x} = \frac{1}{x}. On le voit aussi avec \ln(2x) = \ln 2 + \ln x, où \ln 2 est une constante.

Quelle est la dérivée de ln(x²) ?

C'est \frac{2x}{x^2} = \frac{2}{x}. On peut aussi d'abord écrire \ln(x^2) = 2\ln x et obtenir directement \frac{2}{x}.

La dérivée de ln x est-elle la même que celle de log x ?

Seulement pour le logarithme népérien. Pour le logarithme décimal, \frac{d}{dx}\log_{10} x = \frac{1}{x\ln 10}. En général, \frac{d}{dx}\log_b x = \frac{1}{x\ln b}.

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