Inéquations exponentielles : regarde la base
Une inéquation exponentielle a l'inconnue dans l'exposant, comme 2ˣ > 8. (L'exposant est le petit nombre écrit en haut.)
Étape 1 : écris les deux côtés avec la même base : 2ˣ > 2³.
Étape 2 : compare les exposants. C'est la base qui décide :
- Base supérieure à 1 (comme 2 ou 10) : la courbe monte. Le signe reste. 2ˣ > 2³ donne x > 3.
- Base entre 0 et 1 (comme ½) : la courbe descend. Le signe s'inverse. (½)ˣ > (½)³ donne x < 3.
Une puissance n'est jamais nulle ni négative, donc 2ˣ > −5 est vrai pour tout x, et 2ˣ < −5 n'est jamais vrai.
Équation du second degré cachée : pour 4ˣ − 3·2ˣ + 2 < 0, pose t = 2ˣ (t > 0). Alors t² − 3t + 2 < 0, donc 1 < t < 2, donc 0 < x < 1.
Inéquations logarithmiques : le domaine d'abord
Un logarithme répond à la question « quelle puissance donne ce nombre ? ». log₂ 8 = 3 car 2³ = 8. Il n'existe que si le nombre à l'intérieur est strictement supérieur à 0.
Pour résoudre loga f(x) < loga g(x) :
- Écris le domaine : f(x) > 0 et g(x) > 0.
- Base supérieure à 1 : garde le signe, f < g. Base entre 0 et 1 : inverse-le, f > g.
- Associe la réponse au domaine (garde seulement la partie qui est dans les deux).
Exemple : log₂(x − 1) < 3. Domaine : x > 1. Comparaison : x − 1 < 8, donc x < 9. Réponse : 1 < x < 9.
Transforme un simple nombre en logarithme si besoin : 3 = log₂ 8.
Inéquations irrationnelles (avec racines)
Une inéquation irrationnelle a l'inconnue sous une racine, comme √(x + 2) < x. Une racine carrée n'est jamais négative, et ce qu'il y a dessous ne peut pas être négatif.
Cas √f < g (la racine est petite). Les trois conditions doivent être vraies ensemble : f ≥ 0, g > 0 et f < g².
Cas √f > g (la racine est grande). Deux chemins, qu'on réunit avec « ou » :
- g < 0 et f ≥ 0 (une racine qui vaut 0 ou plus bat toujours un nombre négatif), ou
- g ≥ 0 et f > g².
Ne mets jamais les deux côtés au carré sans savoir que les deux côtés sont positifs ou nuls. Élever au carré n'est sûr que dans ce cas.
Exemple : √(x + 2) < x. Domaine x ≥ −2. Il faut x > 0. Au carré : x + 2 < x², donc x² − x − 2 > 0, donc x > 2 ou x < −1. Avec x > 0, la réponse est x > 2.
Vérifie chaque réponse
Choisis un nombre dans ta réponse et un nombre en dehors. Mets les deux dans l'inéquation de départ. Celui de l'intérieur doit donner VRAI, celui de l'extérieur doit donner FAUX (ou « non autorisé »). Sur le tableau 3D, la barre verte est la zone vraie et la barre rouge est la zone interdite.
Pour les problèmes mixtes, utilise un tableau de signes : marque les points où chaque partie change de signe, teste un nombre dans chaque intervalle, et garde les intervalles vrais.
À toi : devine, puis vérifie
Sur le tableau 3D, choisis 2^x > 4. Avant de glisser, devine : est-ce que x = 1 est dans la barre verte ? Glisse le x de test sur 1 et lis VRAI ou FAUX. Choisis maintenant (1/2)^x > 4 et devine encore pour x = 1. À la maison : plie une feuille de papier en deux, encore et encore. Après 5 pliages, il y a 2⁵ = 32 épaisseurs. Combien de pliages donnent plus de 1000 épaisseurs ? (2ˣ > 1000 donne 10 pliages.)
Formules et définitions clés
- a > 1 : aᶠ > aᵍ ⇔ f > g
- 0 < a < 1 : aᶠ > aᵍ ⇔ f < g
- a > 1 : logₐ f > logₐ g ⇔ f > g > 0
- 0 < a < 1 : logₐ f > logₐ g ⇔ 0 < f < g
- √f < g ⇔ f ≥ 0, g > 0, f < g²
- √f > g ⇔ (g < 0, f ≥ 0) ou (g ≥ 0, f > g²)
Exemples résolus
1. Résous 3ˣ > 27.
27 = 3³, donc 3ˣ > 3³. La base 3 est supérieure à 1, donc on garde le signe : x > 3.
2. Résous (1/2)^(x − 1) ≥ 1/8.
1/8 = (1/2)³. Donc (1/2)^(x − 1) ≥ (1/2)³. La base est entre 0 et 1, donc on inverse : x − 1 ≤ 3, donc x ≤ 4.
3. Résous log₂(x − 1) < 3.
Domaine : x − 1 > 0, donc x > 1. Comme 3 = log₂ 8, il faut x − 1 < 8, donc x < 9. Réponse : 1 < x < 9.
4. Résous log_{1/3}(2x − 1) > −1.
Domaine : 2x − 1 > 0, donc x > 1/2. On écrit −1 = log_{1/3} 3. La base est inférieure à 1, donc on inverse : 2x − 1 < 3, donc x < 2. Réponse : 1/2 < x < 2.
5. Résous 4ˣ − 3·2ˣ + 2 < 0.
Pose t = 2ˣ, t > 0. Alors t² − 3t + 2 < 0, donc (t − 1)(t − 2) < 0, donc 1 < t < 2. C'est 2⁰ < 2ˣ < 2¹, donc 0 < x < 1.
6. Résous √(x + 2) < x.
Il faut x + 2 ≥ 0 (x ≥ −2), x > 0, et x + 2 < x². La dernière condition donne x² − x − 2 > 0, donc (x − 2)(x + 1) > 0, donc x > 2 ou x < −1. On associe à x > 0 : x > 2.
7. Résous √(x + 2) > x.
Chemin 1 : x < 0 et x + 2 ≥ 0, donc −2 ≤ x < 0. Chemin 2 : x ≥ 0 et x + 2 > x², donc x² − x − 2 < 0, donc −1 < x < 2, donc 0 ≤ x < 2. On réunit : −2 ≤ x < 2.
8. Résous log₂ x + log₂(x − 2) ≤ 3.
Domaine : x > 0 et x − 2 > 0, donc x > 2. On regroupe : log₂(x(x − 2)) ≤ 3, donc x² − 2x ≤ 8, donc x² − 2x − 8 ≤ 0, donc (x − 4)(x + 2) ≤ 0, donc −2 ≤ x ≤ 4. Avec le domaine : 2 < x ≤ 4.
Erreurs fréquentes
- Oublier d'inverser le signe quand la base est entre 0 et 1. Regarde toujours la base en premier.
- Sauter le domaine d'un logarithme. log(x − 1) demande x > 1, même si le calcul donne une réponse plus large.
- Élever au carré les deux côtés de √f > g quand g est négatif. Un g négatif est déjà plus petit que n'importe quelle racine.
- Poser 2ˣ = t et oublier t > 0. Une puissance de 2 n'est jamais nulle ni négative, donc on rejette t ≤ 0.