Montre que les nombre ln(x+sqrt(x²+1)) et ln(x+sqrt(x²+1)) sont définis pour tout réel x et sont opposés.
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Pour montrer que les expressions ln(x+x2+1) et ln(−x+x2+1) sont définies pour tout réel x et qu'elles sont opposées, procédons par étapes.
1. Montrons que ln(x+x2+1) et ln(−x+x2+1) sont définis pour tout réel x.
Pour que le logarithme naturel ln(y) soit défini, l'argument y doit être strictement positif, c'est-à-dire y>0.
a. Étudions x+x2+1 :
L'expression sous la racine, x2+1, est toujours définie et positive pour tout x, car x2+1≥1.
De plus, x2+1≥∣x∣, donc x+x2+1≥x+∣x∣.
Si x≥0, alors x+x2+1≥x+x=2x≥0.
Si x<0, alors x+x2+1≥x−x=0, et en réalité x+x2+1>0.
Donc, x+x2+1>0 pour tout x, ce qui signifie que ln(x+x2+1) est défini pour tout x.
b. Étudions −x+x2+1 :
Similairement, x2+1≥∣x∣, donc −x+x2+1≥−x+∣x∣.
Si x≥0, alors −x+x2+1≥−x+x=0, et en réalité −x+x2+1>0.
Si x<0, alors −x+x2+1≥−x−x=−2x>0.
Donc, −x+x2+1>0 pour tout x, ce qui signifie que ln(−x+x2+1) est défini pour tout x.
2. Montrons que ln(x+x2+1) et ln(−x+x2+1) sont opposés.
Nous devons montrer que : ln(x+x2+1)=−ln(−x+x2+1)
Cela revient à prouver que : ln(x+x2+1)+ln(−x+x2+1)=0 Ou encore, en utilisant la propriété des logarithmes ln(a)+ln(b)=ln(a×b), nous avons : ln((x+x2+1)×(−x+x2+1))=0 Calculons le produit : (x+x2+1)×(−x+x2+1)=−x2+(x2+1)2 Développons le terme (x2+1)2 : (x2+1)2=x2+1 Donc : (x+x2+1)×(−x+x2+1)=−x2+x2+1=1 Ainsi, on a : ln(1)=0 Ce qui prouve que : ln(x+x2+1)+ln(−x+x2+1)=0 Donc : ln(x+x2+1)=−ln(−x+x2+1)
Conclusion : Les fonctions ln(x+x2+1) et ln(−x+x2+1) sont définies pour tout réel x, et elles sont opposées.