Résoudre une équation exponentielle avec logarithme
Énoncé
Résoudre l'équation 2^x = 8.
Indice : Prends le logarithme népérien des deux membres, puis utilise la propriété (a^x) = x(a).
Correction
- Étape 1 : Une équation où l'inconnue est en exposant, avec une base autre que e. Le logarithme est l'outil qui la fait descendre.
Faire descendre un exposant :
On applique aux deux membres — licite car ils sont strictement positifs — puis on emploie (a^x) = x(a).
👉 C'est la règle de la puissance qui fait tout le travail : elle transforme un exposant en facteur, donc une équation exponentielle en équation du premier degré.
ℹ️ Ici la réponse se devine (2^3 = 8), mais la méthode reste indispensable : elle fonctionne aussi pour 2^x = 7, où aucune valeur entière ne convient.
- Étape 2 : 2^x = 8. On applique aux deux membres :
(2^x) = (8)
On fait descendre l'exposant :
x(2) = (8)
On reconnaît 8 = 2^3, donc (8) = (2^3) = 3(2) :
x(2) = 3(2)
Comme (2) 0, on divise par 2 :
[formule]
x = 3
- Étape 3 : Vérification : 2^3 = 8 ✓
👉 La méthode générale, qui marche même sans valeur remarquable :
[formule]
Sur cet exemple : x = 8{ 2} = 2{,079}{0{,}693} = 3 ✓
Et pour 2^x = 7 : x = 7{ 2} 1{,946}{0{,}693} 2{,}807 — un résultat qu'aucune reconnaissance de puissance n'aurait donné.
ℹ️ Cette quantité b{ a} porte un nom : c'est le logarithme de b en base a, noté _a(b). Il n'est pas au programme, mais on le rencontre partout en informatique.
a^x = b x = b{ a}
- Étape 4 : L'erreur classique :
Écrire (2^x) = (2)^x, ou « simplifier » 8{ 2} en 4.
Ces deux écritures sont fausses. 8{ 2} est un quotient de logarithmes, ce qui n'est pas la même chose que le logarithme d'un quotient : \!(8{2}) = 4 1{,}386, alors que 8{ 2} = 3.
👉 Il n'existe aucune règle pour un quotient de logarithmes. Les trois règles portent sur l'argument ((ab), (a/b), (a^n)), jamais sur des opérations entre logarithmes.
À retenir :
fait descendre l'exposant : (a^x) = x a.
👉 Et a^x = b x = b{ a} — ne jamais confondre ce quotient avec \!(b{a}).