✏️ Exercices — Fonction exponentielle
20 exercices solides (niveau 1ère Spé) : identités, équations, inéquations, dérivées, variations, asymptotes, paramètres, modélisation.
Consignes
- Soigne les justifications : injectivité de \(e^x\), signe de \(e^{u(x)}\), factorisations.
- Pour les études de fonctions, calcule clairement la dérivée puis fais le tableau de variations.
- Quand un paramètre apparaît, discute les cas avec rigueur.
- Tu peux laisser certains résultats exacts, puis donner une valeur approchée si utile.
Exercice 1 — Simplification d’exponentielles
1ère SpéConsigne. Simplifier l’expression suivante et l’écrire sous la forme \(e^{ax+b}\) :
\[ A=\frac{e^{2x-1}\,e^{3-4x}}{e^{1-x}}. \]
Exercice 2 — Équation exponentielle simple
1ère SpéRésoudre sur \(\mathbb{R}\) :
\[ e^{5x-2}=e^{2x+7}. \]
Exercice 3 — Équation avec trinôme dans l’exposant
1ère SpéRésoudre sur \(\mathbb{R}\) :
\[ e^{x^2-4x}=e^{-3}. \]
Exercice 4 — Inéquation exponentielle
1ère SpéRésoudre sur \(\mathbb{R}\) :
\[ e^{3x+1}\le e^{2-2x}. \]
Exercice 5 — Équation avec substitution
1ère SpéRésoudre sur \(\mathbb{R}\) :
\[ e^{x-1}+e^{1-x}=2. \]
Exercice 6 — Comparaison de \(e^{2x}\) et \(e^x\)
1ère SpéComparer \(e^{2x}\) et \(e^x\) suivant les valeurs de \(x\), puis étudier le signe de \[ e^{2x}-e^x. \]
Exercice 7 — Dérivées directes
1ère SpéCalculer la dérivée des fonctions suivantes :
\[ f(x)=e^{3x-5}, \qquad g(x)=e^{-x^2+2x}, \qquad h(x)=(2x-1)e^x. \]
Exercice 8 — Étude d’une fonction produit
1ère SpéOn considère \(f(x)=\big(x^2-4x+1\big)e^x\).
- Montrer que \(f'(x)=\big(x^2-2x-3\big)e^x\).
- Étudier les variations de \(f\).
- Donner les extremums éventuels.
Exercice 9 — Inégalité fondamentale
1ère SpéOn définit \(p(x)=e^x-x-1\).
- Étudier les variations de \(p\).
- Montrer que \(p(x)\ge 0\) pour tout \(x\in\mathbb{R}\).
- En déduire une inégalité utile reliant \(e^x\) et \(x+1\).
Exercice 10 — Étude complète d’une fonction simple
1ère SpéOn considère la fonction \(f(x)=e^x(x-2)\).
- Calculer \(f'(x)\).
- Étudier le signe de \(f'(x)\) puis dresser le tableau de variations.
- Résoudre \(f(x)=0\).
Exercice 11 — Étude de \(x e^x\)
1ère SpéÉtudier la fonction \(f(x)=xe^x\).
- Calculer \(f'(x)\) puis dresser le tableau de variations.
- Calculer \(\lim\limits_{x\to-\infty} xe^x\) et \(\lim\limits_{x\to+\infty} xe^x\).
- Donner le minimum éventuel.
Exercice 12 — Fonction impaire croissante
1ère SpéOn considère \(g(x)=e^x-e^{-x}\).
- Montrer que \(g\) est strictement croissante.
- Résoudre \(g(x)=0\).
- Étudier la parité de \(g\).
Exercice 13 — Asymptote horizontale simple
1ère SpéOn considère \(f(x)=1-e^{-x}\).
- Étudier les variations et les limites en \(\pm\infty\).
- Montrer que la courbe admet une asymptote horizontale.
- Résoudre \(f(x)\ge \dfrac12\).
Exercice 14 — Fonction quotient classique
1ère SpéÉtudier la fonction
\[ f(x)=\frac{e^x}{1+e^x}. \]
- Montrer que \(0<f(x)<1\).
- Calculer \(f'(x)\) et étudier les variations.
- Donner les limites en \(\pm\infty\) et les asymptotes éventuelles.
Exercice 15 — Discussion de \(e^x=a\)
1ère SpéSoit \(a\in\mathbb{R}\). Résoudre, suivant \(a\), l’équation :
\[ e^x=a. \]
Exercice 16 — Étude paramétrique de \(e^x-mx\)
1ère SpéSoit \(m\in\mathbb{R}\). On considère
\[ f_m(x)=e^x-mx. \]
- Étudier les variations de \(f_m\).
- Discuter le nombre de solutions de \(f_m(x)=0\) selon \(m\).
Exercice 17 — Étude de \(e^x+ke^{-x}\)
1ère SpéSoit \(k>0\). On considère
\[ g_k(x)=e^x+ke^{-x}. \]
- Montrer que \(g_k(x)>0\) pour tout \(x\).
- Étudier les variations de \(g_k\).
- Donner sa valeur minimale.
Exercice 18 — Modèle de croissance exponentielle
1ère SpéUne population suit le modèle \[ P(t)=P_0e^{kt} \] où \(t\) est exprimé en années. On sait que \(P(0)=12000\) et \(P(3)=15000\).
- Déterminer \(P_0\).
- Écrire une relation permettant de déterminer \(k\).
- Exprimer \(P(6)\).
Exercice 19 — Décroissance discrète de 8 %
1ère SpéUne quantité décroît de 8 % par mois. On note \(V_n\) sa valeur après \(n\) mois, avec \(V_0=500\).
- Exprimer \(V_n\) en fonction de \(n\).
- Calculer \(V_{12}\).
- À partir de quel mois \(V_n<200\) ?
Exercice 20 — Refroidissement exponentiel
1ère SpéOn modélise la température d’un café par \[ T(t)=20+65e^{-0{,}15t} \] avec \(t\) en minutes.
- Calculer \(T(0)\) et \(\lim\limits_{t\to+\infty}T(t)\).
- Montrer que \(T\) est décroissante.
- Déterminer le temps à partir duquel \(T(t)\le 40\).