Médaille
N°1 pour apprendre & réviser du collège au lycée.
Démonstration de exp⁡(x)≠0
Découvrez, sur SchoolMouv, des milliers de contenus pédagogiques, du CP à la Terminale, rédigés par des enseignants de l’Éducation nationale.
Les élèves de troisième, de première ou de terminale bénéficient, en plus, de contenus spécifiques pour réviser efficacement leur brevet des collèges, leur bac de français ou leur baccalauréat édition 2023.
Démonstration

Introduction

Nous allons démontrer que la fonction exponentielle ne s’annule jamais sur l’ensemble des réels.

La fonction exponentielle est la fonction, notée exp\text{exp}, dérivable sur R\mathbb{R} telle que :
exp(x)=exp(x)\text{exp}(x)'=\text{exp}(x) et exp(0)=1\text{exp}(0)=1.

Propriété :

kk est un nombre réel et ff une fonction dérivable sur R\mathbb{R}.
Si, pour tout réel xx, f(x)=k×f(x)f'(x)=k\times f(x) et f(0)=1f(0)=1 alors ff ne s’annule pas.
Ce qui induit : exp(x)0\text{exp}(x) \neq 0

Prérequis

Afin de démontrer cette propriété nous avons besoin de ces deux propriété/théorème pré-requis :

  • Propriété

La dérivé d'un produit de fonction dérivable sur R\mathbb{R}
f(x)=u(x)×v(x)f(x)=u(x) \times v(x) est f(x)=u(x)×v(x)+u(x)×v(x)f'(x)=u'(x) \times v(x)+u(x) \times v'(x)

  • Théorème de l'unicité :

Il existe une unique fonction ffdérivable sur R\mathbb{R} telle que f=ff'=f et f(0)=1f(0)=1.
Cette fonction est appelée fonction exponentielle, on la note exp\text{exp}.

Démonstration

Soit ff une fonction dérivable sur R\mathbb{R}, définie par f(x)=k×f(x)f'(x)=k\times f(x) et f(0)=1f(0)=1.

Définissons ensuite la fonction g dérivable sur ℝ par : g(x)=f(x)×f(x)g(x)=f(x) \times f(-x)

En dérivant gg grâce à la formule de la dérivée d'un produit, nous obtenons :

g(x)=f(x)×f(x)+f(x)×f(x)g(x)=k×f(x)×f(x)+f(x)×(k)×f(x)g(x)=k×f(x)×f(x)f(x)×k×f(x)g(x)=0\begin {aligned}g'(x)&=f'(x) \times f(-x)+f(x) \times f'(-x)\ g'(x)&=k \times f(x) \times f(-x)+f(x) \times (-k) \times f(-x)\ g'(x)&= k \times f(x) \times f(-x)- f(x) \times k \times f(-x) \ g'(x)&=0\end{aligned}

Puisque la dérivée gg' est nulle sur R\mathbb{R}, nous avons gg, fonction constante sur R\mathbb{R}.

Et comme g(0)=f(0)×f(0)=1g(0)=f(0) \times f(-0)=1 on a pour tout x, g(x)=1g(x)=1 c'est-à-dire f(x)×f(x)=1f(x) \times f(-x)=1

Alors, pour tout réel xx, f(x)0f(x) \neq 0

Le théorème de l'unicité implique que exp(x)0\text{exp} (x) \neq 0