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Exercices corrigés : Fonctions exponentielles — Terminale STMG

Besoin de revoir la leçon avant de te lancer ? Cours et fiche de révision : Fonctions exponentielles

Niveau
Terminale STMG
Chapitre
Fonctions exponentielles
Nombre d'exercices
20 exercices corrigés
Difficulté
Application directe à type bac

Mis à jour le

Un capital placé à 4 % par an, une voiture qui perd 12 % de sa valeur chaque année, une population qui gagne 0,5 % par an : toutes ces grandeurs évoluent d'un pourcentage constant, et la fonction x ↦ a^(x) permet de les calculer à tout instant, y compris après deux ans et demi ou trois ans en arrière. Ces 20 exercices corrigés installent le calcul de a^(x) pour des exposants décimaux ou négatifs, le sens de variation de k × a^(x), les propriétés algébriques, puis le taux d'évolution moyen, outil central de la filière. Les derniers exercices sont des problèmes de gestion et d'économie complets.

Cherche d'abord par toi-même, puis clique sur « Voir la correction » : chaque étape est détaillée avec rappels de cours et erreurs fréquentes à éviter.

1

Exercice 1 — Calculer des puissances

Application directe

Calcule, arrondis à 10⁻⁴ : 1,08⁰, 1,08², 1,08⁻¹ et 1,08^(0,5).

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Correction détaillée

  1. 1

    1,08⁰ = 1 : toute puissance d'exposant 0 vaut 1.

  2. 2

    1,08² = 1,1664.

  3. 3

    1,08⁻¹ = 1/1,08 ≈ 0,9259 : l'exposant négatif correspond à l'inverse.

  4. 4

    1,08^(0,5) = √(1,08) ≈ 1,0392.

Réponse : 1 ; 1,1664 ; ≈ 0,9259 ; ≈ 1,0392.

Rappel de cours : a⁰ = 1, a^(-x) = 1/a^(x), a^(1/2) = √(a).

2

Exercice 2 — Des valeurs exactes

Application directe

Donne la valeur exacte de 16^(0,5), 27^(1/3) et 0,25⁻¹.

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Correction détaillée

  1. 1

    16^(0,5) = √(16) = 4.

  2. 2

    27^(1/3) est le nombre dont le cube vaut 27 : 3, car 3³ = 27.

  3. 3

    0,25⁻¹ = 1/0,25 = 4.

Réponse : 4 ; 3 ; 4.
3

Exercice 3 — Un placement de durée non entière

Application directe

Un capital de 2500 € est placé à 4 % par an : C(x) = 2500 × 1,04^(x), x en années.

  1. 1.Calcule sa valeur après 1 an et 6 mois.
  2. 2.Calcule sa valeur après 3 ans et 3 mois.
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Correction détaillée

  1. 1

    Un an et six mois font x = 1,5 : C(1,5) = 2500 × 1,04^(1,5) ≈ 2651,49 €.

  2. 2

    Trois ans et trois mois font x = 3 + 3/12 = 3,25 : C(3,25) = 2500 × 1,04^(3,25) ≈ 2839,87 €.

  3. 3

    On convertit toujours les mois en fraction d'année, puisque le coefficient 1,04 est annuel.

Réponse : Environ 2651,49 € et 2839,87 €.
4

Exercice 4 — Sens de variation

Application directe

Donne le sens de variation de f(x) = 1,05^(x), g(x) = 0,7^(x), h(x) = -3 × 1,2^(x) et m(x) = 500 × 0,9^(x).

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Correction détaillée

  1. 1

    f : base 1,05 > 1, donc croissante.

  2. 2

    g : base 0,7 < 1, donc décroissante.

  3. 3

    h : 1,2^(x) est croissante, mais le coefficient -3 est négatif et inverse le sens : h est décroissante.

  4. 4

    m : base 0,9 < 1 et coefficient 500 > 0 : décroissante.

Réponse : f croissante ; g, h et m décroissantes.

Erreur fréquente : Oublier le signe de k : un coefficient négatif inverse le sens de variation de a^(x).

5

Exercice 5 — Regrouper des puissances

Application directe

Écris 1,07³ × 1,07² sous la forme d'une seule puissance et calcule-la.

Interprète pour un prix qui augmente de 7 % par an.

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Correction détaillée

  1. 1

    On additionne les exposants : 1,07³ × 1,07² = 1,07⁵ ≈ 1,4026.

  2. 2

    Trois années puis deux années de hausse à 7 % équivalent à cinq années de hausse : le prix augmente d'environ 40,26 %.

Réponse : 1,07⁵ ≈ 1,4026, soit +40,26 % en 5 ans.

Rappel de cours : a^(x) × a^(y) = a^(x+y).

6

Exercice 6 — Le rôle de la base

À maîtriser

Compare sans calculatrice : 1,3^(2,5) et 1,3⁴ ; 0,6⁻¹ et 0,6².

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Correction détaillée

  1. 1

    1,3 > 1 : la fonction x ↦ 1,3^(x) est croissante, et 2,5 < 4, donc 1,3^(2,5) < 1,3⁴.

  2. 2

    0,6 < 1 : la fonction x ↦ 0,6^(x) est décroissante, et -1 < 2, donc l'ordre s'inverse : 0,6⁻¹ > 0,6².

  3. 3

    Contrôle : 0,6⁻¹ ≈ 1,67 et 0,6² = 0,36.

Réponse : 1,3^(2,5) < 1,3⁴ ; 0,6⁻¹ > 0,6².
7

Exercice 7 — Une voiture qui se déprécie

À maîtriser

Une voiture achetée 7000 € perd 12 % de sa valeur par an.

Écris le modèle V(x) et estime sa valeur au bout de 2 ans et demi, puis de 4 ans.

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Correction détaillée

  1. 1

    Perdre 12 % par an, c'est multiplier par 0,88 : V(x) = 7000 × 0,88^(x).

  2. 2

    V(2,5) = 7000 × 0,88^(2,5) ≈ 5085,16 €.

  3. 3

    V(4) = 7000 × 0,88⁴ ≈ 4197,87 € : en quatre ans, la voiture a perdu environ 40 % de sa valeur.

Réponse : V(x) = 7000 × 0,88^(x) ; environ 5085,16 € et 4197,87 €.
8

Exercice 8 — Simplifier une expression

À maîtriser

Montre que, pour tout réel x, (3^(x+2))/3^(x) = 9 et que (2^(x))³ = 8^(x).

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Correction détaillée

  1. 1

    (3^(x+2))/3^(x) = 3^((x+2) - x) = 3² = 9 : on soustrait les exposants.

  2. 2

    (2^(x))³ = 2^(3x) = (2³)^(x) = 8^(x) : on multiplie les exposants, puis on regroupe la base.

Réponse : (3^(x+2))/3^(x) = 9 et (2^(x))³ = 8^(x).

Rappel de cours : a^(x)/a^(y) = a^(x-y) et (a^(x))ⁿ = a^(nx).

9

Exercice 9 — Taux moyen sur deux et trois ans

À maîtriser

Calcule le taux annuel moyen dans chaque cas.

  1. 1.Un prix a augmenté de 44 % en 2 ans.
  2. 2.Un capital a été multiplié par 1,331 en 3 ans.
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Correction détaillée

  1. 1

    Premier cas : 1 + t_m = 1,44^(1/2) = √(1,44) = 1,2, soit +20 % par an.

  2. 2

    Second cas : 1 + t_m = 1,331^(1/3) = 1,1, soit +10 % par an.

  3. 3

    Contrôles : 1,2² = 1,44 et 1,1³ = 1,331.

Réponse : 20 % et 10 % par an.

Rappel de cours : Taux moyen sur n périodes : 1 + t_m = (CM_global)^(1/n).

10

Exercice 10 — Taux moyen d'une hausse de 60 %

À maîtriser

Le prix d'un logement a augmenté de 60 % en 5 ans.

Calcule le taux annuel moyen, puis le taux mensuel équivalent à 6 % par an.

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Correction détaillée

  1. 1

    1 + t_m = 1,6^(1/5) = 1,6^(0,2) ≈ 1,09856, soit environ 9,86 % par an, et non 60/5 = 12 %.

  2. 2

    Pour 6 % par an, le coefficient mensuel est 1,06^(1/12) ≈ 1,004868, soit environ 0,49 % par mois.

Réponse : Environ 9,86 % par an ; environ 0,49 % par mois.

Erreur fréquente : Diviser le taux global par le nombre de périodes : les évolutions se composent, elles ne s'additionnent pas.

11

Exercice 11 — Une baisse moyenne

Type contrôle

Les ventes d'un magazine ont baissé de 19 % en deux ans.

Calcule le taux annuel moyen de baisse.

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Correction détaillée

  1. 1

    Le coefficient global est 0,81, sur deux ans : 1 + t_m = 0,81^(1/2) = 0,9.

  2. 2

    Le taux annuel moyen vaut 0,9 - 1 = -0,1 : les ventes ont baissé en moyenne de 10 % par an.

  3. 3

    Contrôle : 0,9 × 0,9 = 0,81.

Réponse : -10 % par an.
12

Exercice 12 — Trois années contrastées

Type contrôle

Un chiffre d'affaires a évolué de +20 %, -10 % puis +15 %.

Calcule le coefficient global et le taux annuel moyen.

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Correction détaillée

  1. 1

    CM_global = 1,2 × 0,9 × 1,15 = 1,242, soit +24,2 % en trois ans.

  2. 2

    1 + t_m = 1,242^(1/3) ≈ 1,07491 : environ +7,49 % par an.

  3. 3

    Le taux moyen est inférieur à la moyenne des trois taux, (20 - 10 + 15)/3 ≈ 8,33 %.

Réponse : 1,242 ; environ 7,49 % par an.
13

Exercice 13 — Passé et futur d'un salaire

Type contrôle

Un salaire annuel de 40 000 € augmente de 2,5 % par an.

Quel était-il il y a 4 ans ?

Quel sera-t-il dans 2 ans et demi ?

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Correction détaillée

  1. 1

    Avec S(x) = 40 000 × 1,025^(x), il y a quatre ans correspond à x = -4 : S(-4) = (40 000)/1,025⁴ ≈ 36 238,03 €.

  2. 2

    Dans deux ans et demi : S(2,5) = 40 000 × 1,025^(2,5) ≈ 42 547,07 €.

  3. 3

    L'exposant négatif traduit un retour dans le passé : on divise par le coefficient.

Réponse : Environ 36 238,03 € il y a 4 ans ; 42 547,07 € dans 2,5 ans.
14

Exercice 14 — Repérer une erreur

Type contrôle

Un élève affirme : « 2³ × 2⁵ = 4⁸ » et « f(x) = -2 × 0,5^(x) est décroissante car 0,5 < 1 ».

Corrige.

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Correction détaillée

  1. 1

    Première erreur : pour un produit de même base, on garde la base et on additionne les exposants, 2³ × 2⁵ = 2⁸ = 256 ; 4⁸ = 65 536 est faux.

  2. 2

    Seconde erreur : 0,5^(x) est décroissante, mais le coefficient -2 est négatif et inverse le sens.

    f est croissante.

  3. 3

    Contrôle : f(0) = -2 et f(1) = -1, donc f(1) > f(0).

Réponse : 2³ × 2⁵ = 2⁸ ; f est croissante.
15

Exercice 15 — Une demi-vie

Type contrôle

La masse d'un produit radioactif de 3000 mg est divisée par 2 tous les 6 jours : M(t) = 3000 × 0,5^(t/6), t en jours.

Calcule la masse restante après 10 jours.

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Correction détaillée

  1. 1

    En t jours, il s'écoule t/6 demi-vies : on multiplie autant de fois par 0,5.

  2. 2

    M(10) = 3000 × 0,5^(10/6) ≈ 944,94 mg.

  3. 3

    Contrôle : après 6 jours, il reste 1500 mg, et après 12 jours 750 mg ; 944,94 mg est bien entre les deux.

Réponse : Environ 944,94 mg.
16

Exercice 16 — Deux placements

Type bac / défi

Le placement A, de 1000 €, rapporte 5 % par an ; le placement B, de 1300 €, rapporte 2 % par an.

  1. 1.Écris les modèles A(t) et B(t).
  2. 2.À l'aide des valeurs pour t = 8, 9 et 10, détermine à partir de quelle année A vaut plus que B.
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Correction détaillée

  1. 1

    A(t) = 1000 × 1,05^(t) et B(t) = 1300 × 1,02^(t), toutes deux croissantes.

  2. 2

    A(8) ≈ 1477,46 et B(8) ≈ 1523,16 ; A(9) ≈ 1551,33 et B(9) ≈ 1553,62 ; A(10) ≈ 1628,89 et B(10) ≈ 1584,69.

  3. 3

    A rattrape B au cours de la dixième année : à partir de t = 10, le placement A vaut plus.

    Le taux plus élevé finit par compenser l'écart de départ de 300 €.

Réponse : A dépasse B à partir de la dixième année.
17

Exercice 17 — Un coefficient semestriel

Type bac / défi

Une population augmente de 30 % en un an.

Quel est le coefficient multiplicateur semestriel équivalent ?

Et le taux semestriel ?

Vérifie avec une hausse annuelle de 69 %.

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Correction détaillée

  1. 1

    Le coefficient semestriel c vérifie c² = 1,3, donc c = 1,3^(1/2) ≈ 1,1402 : environ +14,02 % par semestre, et non 15 %.

  2. 2

    Pour une hausse annuelle de 69 % : c = 1,69^(1/2) = 1,3, soit exactement +30 % par semestre, puisque 1,3² = 1,69.

Réponse : c ≈ 1,1402, soit +14,02 % par semestre ; 1,69^(1/2) = 1,3.
18

Exercice 18 — Un médicament heure par heure

Type bac / défi

Un médicament a une demi-vie de 24 heures.

On en injecte 100 mg.

  1. 1.Quel est le coefficient multiplicateur horaire ?
  2. 2.Quelle quantité reste-t-il au bout de 36 heures ?
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Correction détaillée

  1. 1

    Toutes les 24 heures, la quantité est multipliée par 0,5.

    Le coefficient horaire c vérifie c²⁴ = 0,5, donc c = 0,5^(1/24) ≈ 0,97153 : environ 2,85 % de moins chaque heure.

  2. 2

    Au bout de 36 heures : 100 × 0,5^(36/24) = 100 × 0,5^(1,5) ≈ 35,36 mg.

Réponse : c ≈ 0,97153 ; environ 35,36 mg.
19

Exercice 19 — Doublement et taux moyen

Type bac / défi

Un capital placé à 4 % par an est multiplié par 1,04¹⁰ en dix ans.

Une autre banque promet +20 % en quatre ans.

Compare les deux offres à l'aide de leurs taux annuels moyens.

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Correction détaillée

  1. 1

    Première offre : 4 % par an, soit 1,04¹⁰ ≈ 1,4802 en dix ans.

  2. 2

    Seconde offre : 1 + t_m = 1,2^(1/4) ≈ 1,04664, soit environ 4,66 % par an.

  3. 3

    La seconde offre est plus intéressante : 4,66 % par an contre 4 %.

    Comparer des taux sur des durées différentes impose de les ramener à un taux annuel moyen.

Réponse : Seconde offre : environ 4,66 % par an contre 4 %.
20

Exercice 20 — Synthèse : la valeur d'une entreprise

Type bac / défi

La valeur d'une entreprise, 150 000 € aujourd'hui, augmente de 3 % par an : V(x) = 150 000 × 1,03^(x).

  1. 1.Justifie que V est croissante.
  2. 2.Calcule V(4) et V(-2), et interprète.
  3. 3.Calcule le coefficient mensuel équivalent et le coefficient sur dix ans.
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Correction détaillée

  1. 1

    k = 150 000 > 0 et a = 1,03 > 1 : V est strictement croissante.

  2. 2

    V(4) ≈ 168 826,32 € : valeur dans quatre ans.

    V(-2) = (150 000)/1,03² ≈ 141 389,39 € : valeur il y a deux ans.

  3. 3

    Coefficient mensuel : 1,03^(1/12) ≈ 1,002466, soit environ 0,25 % par mois.

    Sur dix ans : 1,03¹⁰ ≈ 1,3439, soit environ +34,39 %.

Réponse : V croissante · ≈ 168 826,32 € et 141 389,39 € · ≈ 1,002466 et 1,3439.

Tout sur fonctions et dérivation en stmg

Second degré, dérivation, fonctions exponentielles, logarithme décimal et fonction inverse : les outils d'analyse de la filière gestion.

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