Dérivée de x ln x : formule, étapes et exemples
La dérivée de x ln x est ln x + 1. Étapes avec la règle du produit, minimum en x = 1/e, dérivée seconde, courbe et exemples similaires.
Dérivées exponentielles et logarithmiques Mis à jour Lecture : 2 min
En bref
- Dérivée
- \ln x + 1 pour x > 0
- Dérivée seconde
- \dfrac{1}{x}
- Minimum
- x = \frac{1}{e}, valeur -\frac{1}{e} \approx -0.368
- Limite en 0
- \lim_{x \to 0^+} x\ln x = 0
- Intégrale
- \int x\ln x\,dx = \frac{x^2}{2}\ln x - \frac{x^2}{4} + C
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La dérivée de x\ln x est \ln x + 1. C'est un produit, donc la règle du produit fait tout le travail.
Étape par étape avec la règle du produit
La règle du produit dit (fg)' = f'g + fg'. Prenons f = x et g = \ln x :
- f' = 1.
- g' = \frac{1}{x}, d'après la dérivée de ln x.
- On combine : 1\cdot\ln x + x\cdot\frac{1}{x} = \ln x + 1.
Le x devant se simplifie avec le \frac{1}{x} venant du logarithme, ce qui laisse une réponse nette.
Courbe de x ln x et de sa dérivée
Trouver le minimum
On annule la dérivée :
Pour x < \frac{1}{e}, la dérivée est négative, et pour x > \frac{1}{e}, elle est positive : c'est donc un minimum. Sa valeur est
La dérivée seconde le confirme : \frac{d^2}{dx^2}x\ln x = \frac{1}{x}, positive pour tout x > 0, donc la courbe est convexe partout.
Ce qui se passe près de x = 0
La courbe semble partir de l'origine, même si x\ln x n'est pas définie en 0. C'est parce que \lim_{x \to 0^+} x\ln x = 0. On l'écrit \frac{\ln x}{1/x} et on applique la règle de L'Hôpital :
Pendant ce temps, la pente \ln x + 1 tend vers -\infty, donc la courbe quitte l'origine presque verticalement.
Exemples associés
Exemple 1. \frac{d}{dx}(x\ln x - x) = \ln x + 1 - 1 = \ln x. Cela montre que x\ln x - x est une primitive de \ln x ; voir l'intégrale de ln x.
Exemple 2. \frac{d}{dx}x^2\ln x = 2x\ln x + x^2\cdot\frac{1}{x} = 2x\ln x + x = x(2\ln x + 1).
Exemple 3. \frac{d}{dx}\frac{\ln x}{x} = \frac{\frac{1}{x}\cdot x - \ln x}{x^2} = \frac{1 - \ln x}{x^2}, d'après la règle du quotient. Son maximum est en x = e.
Exemple 4. \frac{d}{dx}x\ln(3x) = \ln(3x) + 1, puisque \frac{d}{dx}\ln(3x) = \frac{1}{x} aussi.
Erreurs fréquentes
- Multiplier les dérivées. 1\cdot\frac{1}{x} = \frac{1}{x} n'est pas la règle du produit. Il faut les deux termes.
- Oublier le domaine de définition. x\ln x n'existe que pour x > 0, donc la recherche du minimum se fait uniquement là.
- Confondre avec x^x. \frac{d}{dx}x^x = x^x(\ln x + 1). Le facteur \ln x + 1 apparaît parce que x^x = e^{x\ln x} ; voir la dérivée de xˣ.
Dans l'autre sens, l'intégrale de x ln x se calcule par intégration par parties. Entraînez-vous davantage avec les exercices sur les règles du produit et du quotient.
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