Aller au contenu
Première spécialité · Mathématiques · Chapitre 7

Fonction exponentielle

Fiche de cours4 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Définition et notation

Définition. Il existe une unique fonction dérivable sur R\R, appelée fonction exponentielle et notée exp⁡\exp, telle que

exp⁡′=exp⁡etexp⁡(0)=1\exp'=\exp \qquad\text{et}\qquad \exp(0)=1

(existence et unicité admises).

Notation. On pose e=exp⁡(1)≈2,718\e=\exp(1)\approx 2{,}718 et, pour tout réel xx, exp⁡(x)=ex\exp(x)=\e^{x}. Ainsi e0=1\e^{0}=1 et e1=e\e^{1}=\e.

Propriété. Pour tout réel xx, ex>0\e^{x}>0 : la fonction exponentielle ne s’annule jamais et sa courbe est entièrement située au-dessus de l’axe des abscisses. De plus, ex×e−x=1\e^{x}\times\e^{-x}=1 : ex\e^{x} et e−x\e^{-x} sont inverses l’un de l’autre.

2Règles de calcul

Propriété — relation fonctionnelle. Pour tous réels xx et yy :  ex+y=ex×ey\ \e^{x+y}=\e^{x}\times\e^{y}. On en déduit :

Formulaire
  • Pour tous réels aa et bb et tout entier relatif nn :

    e−a=1ea,ea−b=eaeb,(ea)n=ena,ea=eb  ⟺  a=b,ea<eb  ⟺  a<b.\e^{-a}=\frac{1}{\e^{a}},\qquad \e^{a-b}=\frac{\e^{a}}{\e^{b}},\qquad \left(\e^{a}\right)^{n}=\e^{na},\qquad \e^{a}=\e^{b}\ssi a=b,\qquad \e^{a}<\e^{b}\ssi a<b.
  • Dérivées : (ex)′=ex\left(\e^{x}\right)'=\e^{x} et, pour tout réel aa,  (eat)′=a eat\ \left(\e^{at}\right)'=a\,\e^{at}. Tangente en 00 à la courbe de exp⁡\exp : y=x+1y=x+1.
  • Valeurs utiles : e−1≈0,37\e^{-1}\approx0{,}37 ; e0,5≈1,65\e^{0{,}5}\approx1{,}65 ; e≈2,72\e\approx2{,}72 ; e2≈7,39\e^{2}\approx7{,}39.

Méthode — transformer une expression. Tout ramener à des sommes d’exposants : un produit devient une somme, un quotient une différence, une puissance un produit. Pour factoriser, mettre en facteur l’exponentielle de plus petit exposant ; ex\e^{x} étant non nul, on peut toujours diviser par ex\e^{x}.

3Étude de la fonction exponentielle

Propriété. exp⁡\exp est dérivable sur R\R, de dérivée exp⁡\exp ; comme ex>0\e^{x}>0, elle est strictement croissante sur R\R.

Remarque. ex\e^{x} se rapproche de 00 quand xx prend de grandes valeurs négatives, et croît très vite quand xx augmente.

Figure 1 — La courbe de exp⁡\exp passe par (0 ;1)(0\,;1) et (1 ;e)(1\,;\e), elle est au-dessus de sa tangente en 00 : ex⩾x+1\e^{x}\geq x+1 pour tout réel xx.

Propriété — lien avec les suites géométriques. Pour tout réel aa, la suite de terme général un=eanu_{n}=\e^{an} est géométrique de raison ea\e^{a} et de premier terme u0=1u_{0}=1, car un+1=ea×unu_{n+1}=\e^{a}\times u_{n}. Plus généralement, si f(t)=C ektf(t)=C\,\e^{kt}, alors f(t+h)=ekh×f(t)f(t+h)=\e^{kh}\times f(t) : sur des durées égales, la grandeur est multipliée par un même coefficient.

4Équations et inéquations

Propriété. La stricte croissance de exp⁡\exp donne, pour tous réels aa et bb :  ea=eb  ⟺  a=b\ \e^{a}=\e^{b}\ssi a=b et ea<eb  ⟺  a<b\e^{a}<\e^{b}\ssi a<b. De plus ex=k\e^{x}=k n’a aucune solution si k⩽0k\leq0.

Méthode — équations et inéquations. Écrire les deux membres sous la forme eexpression\e^{\text{expression}}, puis identifier ou comparer les exposants. Si l’inconnue apparaît en ex\e^{x} et en e2x\e^{2x}, poser X=exX=\e^{x} avec la condition X>0X>0, résoudre en XX, puis revenir à xx en ne gardant que les racines strictement positives.

5Dérivation et fonctions t↦ektt\mapsto\e^{kt}

Propriété. Pour tout réel aa, la fonction t↦eatt\mapsto\e^{at} est dérivable sur R\R et sa dérivée est t↦a eatt\mapsto a\,\e^{at}. Avec les opérations usuelles : (u ex)′=(u′+u) ex\left(u\,\e^{x}\right)'=(u'+u)\,\e^{x}, par exemple ((ax+b)ex)′=(ax+a+b) ex\bigl((ax+b)\e^{x}\bigr)'=(ax+a+b)\,\e^{x}.

Méthode — étudier le signe d’une dérivée. Dans une expression du type P(x) ekxP(x)\,\e^{kx}, le facteur ekx\e^{kx} est toujours strictement positif : le signe ne dépend que de celui de P(x)P(x).

Propriété — croissance et décroissance exponentielles. Soit k>0k>0 et C>0C>0. La fonction t↦C ektt\mapsto C\,\e^{kt} est strictement croissante (croissance exponentielle) ; t↦C e−ktt\mapsto C\,\e^{-kt} est strictement décroissante, vaut CC en t=0t=0 et se rapproche de 00 : modèle d’une désintégration radioactive, d’un refroidissement, de l’élimination d’un médicament.

Remarque. Algorithmes du chapitre : méthode d’Euler (yn+1=yn+h yny_{n+1}=y_{n}+h\,y_{n}, y0=1y_{0}=1, d’après f(t+h)≈f(t)+h f′(t)f(t+h)\approx f(t)+h\,f'(t)) ; valeurs approchées de e\e par (1+1n)n\left(1+\frac1n\right)^{n}.

6Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire
  • Transformer une expression avec des exponentielles : écrire sous la forme em\e^{m}, développer, factoriser.
  • Comparer des exponentielles, étudier le signe d’une expression du type P(x) ekxP(x)\,\e^{kx}.
  • Résoudre une équation ou une inéquation du type ea=eb\e^{a}=\e^{b}, ea<eb\e^{a}<\e^{b}, ou s’y ramenant en posant X=exX=\e^{x}.
  • Dériver une fonction contenant ex\e^{x} ou eat\e^{at}, dresser son tableau de variations, déterminer une tangente.
  • Modéliser une croissance ou une décroissance exponentielle par t↦C ektt\mapsto C\,\e^{kt}, la relier à une suite géométrique, déterminer un seuil par balayage.

7Exemples types

Exemplecalcul et factorisation

A=e2x×e3ex−1=e2x+3−(x−1)=ex+4A=\dfrac{\e^{2x}\times\e^{3}}{\e^{x-1}}=\e^{2x+3-(x-1)}=\e^{x+4}. Et e2x−ex=ex(ex−1)\e^{2x}-\e^{x}=\e^{x}\left(\e^{x}-1\right) est du signe de ex−1\e^{x}-1 car ex>0\e^{x}>0 : négatif pour x<0x<0, nul en 00, positif pour x>0x>0.

Exempleéquation en posant X=exX=\e^{x}

Résoudre e2x−(e2+1)ex+e2=0\e^{2x}-\left(\e^{2}+1\right)\e^{x}+\e^{2}=0. On pose X=exX=\e^{x}, avec X>0X>0 : l’équation devient X2−(e2+1)X+e2=0X^{2}-\left(\e^{2}+1\right)X+\e^{2}=0, qui se factorise en (X−1)(X−e2)=0(X-1)\left(X-\e^{2}\right)=0 (somme e2+1\e^{2}+1, produit e2\e^{2}). Les deux racines 11 et e2\e^{2} sont positives, donc ex=e0\e^{x}=\e^{0} ou ex=e2\e^{x}=\e^{2} : S={0 ;2}\mathcal{S}=\{0\,;2\}.

Exempleétude d’une fonction

Soit f(x)=(x−2) exf(x)=(x-2)\,\e^{x} sur R\R. Alors f′(x)=1×ex+(x−2)ex=(x−1) exf'(x)=1\times\e^{x}+(x-2)\e^{x}=(x-1)\,\e^{x}, du signe de x−1x-1 : ff est décroissante sur ]−∞ ;1]\intof{-\infty}{1}, croissante sur [1 ;+∞[\intfo{1}{+\infty}, et son minimum est f(1)=−e≈−2,72f(1)=-\e\approx-2{,}72.

Exempledécroissance exponentielle

L’activité d’une source vérifie A(t)=A0 e−0,08tA(t)=A_{0}\,\e^{-0{,}08t} (tt en jours) : A′(t)=−0,08 A(t)<0A'(t)=-0{,}08\,A(t)<0, donc AA décroît. De plus A(t+10)=e−0,8A(t)≈0,449 A(t)A(t+10)=\e^{-0{,}8}A(t)\approx0{,}449\,A(t) : en 1010 jours l’activité baisse d’environ 55%{55\%}.

Pièges
  • ex+y=exey\e^{x+y}=\e^{x}\e^{y}, mais ex+y≠ex+ey\e^{x+y}\neq\e^{x}+\e^{y} ; et exy≠ex×ey\e^{xy}\neq\e^{x}\times\e^{y}.
  • ex\e^{x} est toujours strictement positif : l’équation ex=−2\e^{x}=-2 n’a pas de solution, et ex\e^{x} ne change jamais le signe d’un produit.
  • (ex)2=e2x\left(\e^{x}\right)^{2}=\e^{2x} n’est pas ex2\e^{x^{2}} ; en posant X=exX=\e^{x}, ne pas oublier X>0X>0 : une racine négative est à rejeter.
  • (eat)′=a eat\left(\e^{at}\right)'=a\,\e^{at} : le facteur aa est indispensable, surtout avec a<0a<0 où la dérivée est négative.

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

1

Exercices de base

PDF

Les bases : règles de calcul, équations et inéquations, dérivées, tangentes, fonctions t↦ektt\mapsto\e^{kt}

8 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 2 hsans calculatrice

  1. Règles de calculDifficulté 1 sur 3
  2. Transformer une expressionDifficulté 1 sur 3
  3. Signes et comparaisonsDifficulté 1 sur 3
  4. ÉquationsDifficulté 1 sur 3
  5. Inéquations, et un changement de variableDifficulté 2 sur 3
  6. Calculs de dérivéesDifficulté 1 sur 3
  7. Tangentes à la courbe de la fonction exponentielleDifficulté 2 sur 3
  8. Les fonctions t↦ektt\mapsto\e^{kt} et les suites géométriquesDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

PDF

Application : médicament, iode radioactif, café qui refroidit, abonnés, méthode d’Euler

5 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Concentration d’un médicamentDifficulté 2 sur 3
  2. L’iode 131 à l’hôpitalDifficulté 2 sur 3
  3. Un café qui refroiditDifficulté 2 sur 3
  4. Les abonnés d’une chaîne de vidéosDifficulté 2 sur 3
  5. La méthode d’Euler pour construire l’exponentielleDifficulté 2 sur 3
3

Contrôle A

PDF

QCM, une démonstration et des calculs, étude d’une fonction, décote d’une voiture

Durée : 1 hsans calculatrice4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questionnaire à choix multiples5 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Une démonstration du cours, puis des calculs5 ptsDifficulté 1 sur 3
  3. Étude d’une fonction5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. La décote d’une voiture5 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Contrôle B

PDF

Vrai ou faux, la courbe au-dessus de sa tangente, étude d’une fonction, deux cultures de bactéries

Durée : 1 hsans calculatrice4 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Vrai ou faux ?5 ptsDifficulté 2 sur 3
  2. La courbe de l’exponentielle est au-dessus de sa tangente en 005 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Étude d’une fonction5 ptsDifficulté 3 sur 3
  4. Deux cultures de bactéries5 ptsDifficulté 2 sur 3
5

Approfondissement

PDF

Pour aller plus loin : unicité et relation fonctionnelle, nombre e et intérêts, famille de courbes, équation à paramètre, au-delà de la tangente, ch et sh

6 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 h 30calculatrice autorisée (exercices 2 et 4)

  1. Démonstrations : unicité de l’exponentielle et relation fonctionnelleDifficulté 3 sur 3
  2. Le nombre e\e et les intérêts de BernoulliDifficulté 3 sur 3
  3. Une famille de courbesDifficulté 3 sur 3
  4. Une équation à paramètreDifficulté 3 sur 3
  5. Au-delà de la tangenteDifficulté 3 sur 3
  6. Cosinus et sinus hyperboliques (hors programme — pour aller plus loin)Difficulté 3 sur 3
6

Type épreuve anticipée

PDF

Partie 1 : douze questions d’automatismes — Partie 2 : étude d’une fonction exponentielle, la lumière sous l’eau, une boîte en carton

Durée : 2 hsans calculatriceQCM et 3 exercicesbarème sur 20

  1. Questionnaire à choix multiples6 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Étude d’une fonction exponentielle5 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. La lumière sous l’eau5 ptsDifficulté 2 sur 3
  4. Une boîte en carton4 ptsDifficulté 2 sur 3

Première · Mathématiques : les 13 chapitres

  1. Second degré
  2. Suites numériques : généralités
  3. Suites arithmétiques et géométriques
  4. Nombre dérivé et tangente
  5. Fonctions dérivées
  6. Variations et extremums
  7. Fonction exponentielle
  8. Trigonométrie
  9. Produit scalaire
  10. Géométrie repérée
  11. Probabilités conditionnelles et indépendance
  12. Variables aléatoires
  13. Épreuve anticipée de mathématiques