Sur le changement de variables
je ferai voir que les changements de variable indépendante auxquels elles donnent naissance conduisent à des formules qu'on peut tirer directement des méthodes
TD : Retour sur lintégration par changement de variable 1 Rappel
Ce TD vise à revoir la technique du changement de variable pour le calcul des intégrales on l'applique en particulier à l'intégration des fractions
Changement de variables dans une intégrale multiple
Pour ce type d'exemple on a donc tout intérêt à introduire et utiliser les coordonnées polaires. Pour cela on devra faire un changement de variables. C'est l'
Calculs dintégrales
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1. ? (cosx)1234 sinxdx dx (à l'aide d'un changement de variable simple).
Sur le changement de variables (suite)
La formule générale relative au changement de la variable indé- pendante s'est présentée comme application immédiate de la série de. Taylor.
Intégrales de fonctions de plusieurs variables
autre variable sans que cela ne change le résultat : Théoreme 8.3.4 (Théor`eme de changement de variable). Soit [a b] un intervalle de R
SUR LE CHANGEMENT DE VARIABLE DANS LES DÉRIVÉES D
SUR LE CHANGEMENT DE VARIABLE DANS. LES DÉRIVÉES D'ORDRE SUPÉRIEUR. Autor(en):. Cailler G. Objekttyp: Article. Zeitschrift: L'Enseignement Mathématique.
Exemples dintégration par changement de variable
www.deleze.name/marcel/sec2/cours/index.html. 3 Exemples. Exemple 3.1. ? x2. ?. 1 ? xdx. Effectuons le changement de variable x = 1 ? t dx = (?1) dt.
Théorème du changement de variable
V . Le changement de variable y nit alors la formule de changement de variable : ... formule du changement de variable pour les fonctions à valeurs.
Changement de Variables dans les Intégrales Multiples
8 nov. 2010 La premi`ere partie rappelle les notions de changement de variable dans le cas d'intégrales simples et ensuite nous verrons comment l'étendre au ...
Calculs d"intégrales
Fiche d"Arnaud Bodin, soigneusement relue par Chafiq Benhida1 Utilisation de la définition
Exercice 1Soitfla fonction définie sur[0;4]par
f(x) =8 >>>>>:1 six=01 si 0 3 six=1
2 si 1 4 si 2 1. Calculer
R4 0f(t)dt.
2. Soit x2[0;4], calculerF(x) =Rx
0f(t)dt.
3. Montrer que Fest une fonction continue sur[0;4]. La fonctionFest-elle dérivable sur[0;4]? Soient les fonctions définies surR,
f(x) =x,g(x) =x2eth(x) =ex; Justifier qu"elles sont intégrables sur tout intervalle fermé borné deR. En utilisant les sommes de Riemann,
calculer les intégralesR1 0f(x)dx,R2
1g(x)dxetRx
0h(t)dt.
Soitf:[a;b]!Rune fonction continue sur[a;b](a 1. On suppose que f(x)>0 pour toutx2[a;b], et quef(x0)>0 en un pointx02[a;b]. Montrer queRb af(x)dx>0. En déduire que : "sifest une fonction continue positive sur[a;b]telle queRb af(x)dx=0 alorsfest identiquement nulle». 2. On suppose que
Rb af(x)dx=0. Montrer qu"il existec2[a;b]tel quef(c) =0. 3. Application: on suppose que fest une fonction continue sur[0;1]telle queR1 0f(x)dx=12
. Montrer qu"il existed2[0;1]tel quef(d) =d. Soitf:R!Rune fonction continue surRetF(x) =Rx
0f(t)dt. Répondre par vrai ou faux aux affirmations
suivantes: 1 1.Fest continue surR.
2.Fest dérivable surRde dérivéef.
3. Si fest croissante surRalorsFest croissante surR.
4. Si fest positive surRalorsFest positive surR.
5. Si fest positive surRalorsFest croissante surR.
6. Si festT-périodique surRalorsFestT-périodique surR. 7. Si fest paire alorsFest impaire.
Exercice 5Calculer les primitives suivantes par intégration par parties. 1. Rx2lnxdx
2. Rxarctanxdx
3. RlnxdxpuisR(lnx)2dx
4. Rcosxexpxdx
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1. R(cosx)1234sinxdx
2. R1xlnxdx
3. R13+exp(x)dx
4. R1p4xx2dx
Calculer les primitives suivantes, en précisant si nécessaire les intervalles de validité des calculs :
1. Rx+2x 23x4dx
2. Rx1x 2+x+1dx
3. Rsin8xcos3xdx
4. R1sinxdx
5. R3sinx2cosx+3tanxdx
3 Calculs d"intégrales
Exercice 8Calculer les intégrales suivantes :
1. R p2 0xsinxdx(intégration par parties)
2. R1 0expe x+1dx(à l"aide d"un changement de variable simple) 3. R1 01(1+x2)2dx(changement de variablex=tant)
4. R1 03x+1(x+1)2dx(décomposition en éléments simples)
5. R212 1+1x 2arctanxdx(changement de variableu=1x
Calculer les intégrales suivantes :
Z p2 011+sinxdxetZ
p2 0sinx1+sinxdx:
p2 0(sinx)ndxpourn2N.
1. Montrer que In+2=n+1n+2In. ExpliciterIn. En déduireR1 11x2ndx.
2. Montrer que (In)nest positive décroissante. Montrer queInIn+1 3. Simplifier InIn+1. Montrer queInpp
2n. En déduire13(2n+1)24(2n)2pn
p SoitIn=Z
1 0x n1+xdx. 1. En majorant la fonction intégrée, montrer que lim n!+¥In=0. 2. Calculer In+In+1.
3. Déterminer lim
n!+¥ nå k=1(1)k+1k 4 Applications : calculs d"aires, calculs de limites
Exercice 12Calculer l"aire de la région délimitée par les courbes d"équationy=x22 ety=11+x2. Calculer l"aire intérieure d"une ellipse d"équation : x 2a 2+y2b 2=1: Indications.On pourra calculer seulement la partie de l"ellipse correspondant àx>0,y>0. Puis exprimery
en fonction dex. Enfin calculer une intégrale. Calculer la limite des suites suivantes :
1.un=nn1å
k=01k 2+n2 2.vn=nÕ
k=1 1+k2n 2 1n Indication pourl"exer cice2 NLes fonctions continues ne seraient-elles pas intégrables ? Il faut se souvenir de ce que vaut la somme desnpremiers entiers, la somme des carrés desnpremiers entiers
et la somme d"une suite géométrique. La formule générale pour les sommes de Riemann est queRb
af(x)dxest la limite (quandn!+¥) de S n=ban n1å k=0f a+kban :Indication pourl"exer cice3 N1.Re venirà la définition de la continuité en x0en prenante=f(x0)2
par exemple. 2. Soit fest tout le temps de même signe (et alors utiliser la première question), soit ce n"est pas le cas (et
alors utiliser un théorème classique...). 3. On remarquera que
R1 0f(x)dx12
=R1 0(f(x)x)dx.Indication pourl"exer cice5 N1.Pour
Rx2lnxdxposerv0=x2,u=lnx.
2. Pour Rxarctanxdxposerv0=xetu=arctanx.
3. Pour les deux il f autf aireune intégration par parties a vecv0=1. 4. Pour Rcosxexpxdxil faut faire deux intégrations par parties.Indication pourl"exer cice6 N1. Rcos1234xsinxdx=11235
cos1235x+c(changement de variableu=cosx) 2. R1xlnxdx=lnjlnxj+c(changement de variableu=lnx)
3. R13+exp(x)dx=13
ln(3expx+1)+c(changement de variableu=expx) 4. R1p4xx2dx=arcsin12
x1+c(changement de variableu=12 x1)Indication pourl"exer cice7 N1. Rx+2x 23x4dx=15
lnjx+1j+65 lnjx4j+c(décomposition en éléments simples) 2. Rx1x 2+x+1dx=12
lnjx2+x+1jp3arctan 2p3 x+12 +c 3. Rsin8xcos3xdx=19
sin9x111 sin11x+c 4. R1sinxdx=12
ln1cosx1+cosx+c=lntanx2 +c(changement de variableu=cosxouu=tanx2 5. R3sinx2cosx+3tanxdx=15
lnj2sinxj+75 lnj1+2sinxj+c(changement de variableu=sinx) 5 Indication pourl"exer cice8 N1.
R p2 0xsinxdx=1 (intégration par partiesv0=sinx,u=x)
2. R1 0expe x+1dx=2pe+12p2 (à l"aide du changement de variableu=ex) 3. R1 01(1+x2)2dx=p8
+14 (changement de variablex=tant,dx= (1+tan2t)dtet 1+tan2t=1cos 2t) 4. R1 03x+1(x+1)2dx=3ln21 (décomposition en éléments simples de la forme3x+1(x+1)2=ax+1+b(x+1)2)
5. R212 1+1x 2arctanxdx=3p4
(changement de variablesu=1x et arctanx+arctan1x =p2 )Indication pourl"exer cice9 NR p2 011+sinxdx=1 (changement de variablest=tanx2
R p2 0sinx1+sinxdx=p2
1 (utiliser la précédente).Indication pourl"exer cice10 N1.F aireune intégration par parties afin d"e xprimerIn+2en fonction deIn. Pour le calcul explicite on
distinguera le cas desnpairs et impairs. 2. Rappel : unvnest équivalent àunv
n!1. Utiliser la décroissance deInpour encadrerIn+1I n.Indication pourl"exer cice11 N1.Majorer par xn. 2. 3. On pourra calculer (I0+I1)(I1+I2)+(I2+I3)Indication pourl"exer cice12 NUn dessin ne fait pas de mal ! Il faut ensuite résoudre l"équation
x22 =1x 2+1puis calculer deux intégrales.Indication pourl"exer cice13 NIl faut se ramener au calcul de
Z a 0br1x2a
2dx.Indication pourl"exer cice14 NOn pourra essayer de reconnaître des sommes de Riemann, puis calculer des intégrales. Pour le produit
composer par la fonction ln, afin de transformer le produit en une somme.6 Correction del"exer cice1 N1.On trouv e
R4 0f(t)dt= +7. Il faut tout d"abord tracer le graphe de cette fonction. Ensuite la valeur d"une
intégrale ne dépend pas de la valeur de la fonction en un point, c"est-à-dire ici les valeurs enx=0,x=1,
x=2 n"ont aucune influence sur l"intégrale. Ensuite on revient à la définition deR4 0f(t)dt: pour la
subdivision de[0;4]définie parfx0=0;x1=1;x2=2;x3=3;x4=4g, on trouve la valeur de l"intégrale (ici le sup et l"inf sont atteints et égaux pour cette subdivision et toute subdivision plus fine). Une autre
façon de faire est considérer quefest une fonction en escalier (en "oubliant» les accidents enx=0,
x=1,x=2) dont on sait calculer l"intégrale. 2. C"est la même chose pour
Rx 0f(t)dt, mais au lieu d"aller jusqu"à 4 on s"arrête àx, on trouve
F(x) =8
:xsi 06x61 32xsi 1 4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
3 six=1
2 si 1 4 si 2 1. Calculer
R4 0f(t)dt.
2. Soit x2[0;4], calculerF(x) =Rx
0f(t)dt.
3. Montrer que Fest une fonction continue sur[0;4]. La fonctionFest-elle dérivable sur[0;4]? Soient les fonctions définies surR,
f(x) =x,g(x) =x2eth(x) =ex; Justifier qu"elles sont intégrables sur tout intervalle fermé borné deR. En utilisant les sommes de Riemann,
calculer les intégralesR1 0f(x)dx,R2
1g(x)dxetRx
0h(t)dt.
Soitf:[a;b]!Rune fonction continue sur[a;b](a 1. On suppose que f(x)>0 pour toutx2[a;b], et quef(x0)>0 en un pointx02[a;b]. Montrer queRb af(x)dx>0. En déduire que : "sifest une fonction continue positive sur[a;b]telle queRb af(x)dx=0 alorsfest identiquement nulle». 2. On suppose que
Rb af(x)dx=0. Montrer qu"il existec2[a;b]tel quef(c) =0. 3. Application: on suppose que fest une fonction continue sur[0;1]telle queR1 0f(x)dx=12
. Montrer qu"il existed2[0;1]tel quef(d) =d. Soitf:R!Rune fonction continue surRetF(x) =Rx
0f(t)dt. Répondre par vrai ou faux aux affirmations
suivantes: 1 1.Fest continue surR.
2.Fest dérivable surRde dérivéef.
3. Si fest croissante surRalorsFest croissante surR.
4. Si fest positive surRalorsFest positive surR.
5. Si fest positive surRalorsFest croissante surR.
6. Si festT-périodique surRalorsFestT-périodique surR. 7. Si fest paire alorsFest impaire.
Exercice 5Calculer les primitives suivantes par intégration par parties. 1. Rx2lnxdx
2. Rxarctanxdx
3. RlnxdxpuisR(lnx)2dx
4. Rcosxexpxdx
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1. R(cosx)1234sinxdx
2. R1xlnxdx
3. R13+exp(x)dx
4. R1p4xx2dx
Calculer les primitives suivantes, en précisant si nécessaire les intervalles de validité des calculs :
1. Rx+2x 23x4dx
2. Rx1x 2+x+1dx
3. Rsin8xcos3xdx
4. R1sinxdx
5. R3sinx2cosx+3tanxdx
3 Calculs d"intégrales
Exercice 8Calculer les intégrales suivantes :
1. R p2 0xsinxdx(intégration par parties)
2. R1 0expe x+1dx(à l"aide d"un changement de variable simple) 3. R1 01(1+x2)2dx(changement de variablex=tant)
4. R1 03x+1(x+1)2dx(décomposition en éléments simples)
5. R212 1+1x 2arctanxdx(changement de variableu=1x
Calculer les intégrales suivantes :
Z p2 011+sinxdxetZ
p2 0sinx1+sinxdx:
p2 0(sinx)ndxpourn2N.
1. Montrer que In+2=n+1n+2In. ExpliciterIn. En déduireR1 11x2ndx.
2. Montrer que (In)nest positive décroissante. Montrer queInIn+1 3. Simplifier InIn+1. Montrer queInpp
2n. En déduire13(2n+1)24(2n)2pn
p SoitIn=Z
1 0x n1+xdx. 1. En majorant la fonction intégrée, montrer que lim n!+¥In=0. 2. Calculer In+In+1.
3. Déterminer lim
n!+¥ nå k=1(1)k+1k 4 Applications : calculs d"aires, calculs de limites
Exercice 12Calculer l"aire de la région délimitée par les courbes d"équationy=x22 ety=11+x2. Calculer l"aire intérieure d"une ellipse d"équation : x 2a 2+y2b 2=1: Indications.On pourra calculer seulement la partie de l"ellipse correspondant àx>0,y>0. Puis exprimery
en fonction dex. Enfin calculer une intégrale. Calculer la limite des suites suivantes :
1.un=nn1å
k=01k 2+n2 2.vn=nÕ
k=1 1+k2n 2 1n Indication pourl"exer cice2 NLes fonctions continues ne seraient-elles pas intégrables ? Il faut se souvenir de ce que vaut la somme desnpremiers entiers, la somme des carrés desnpremiers entiers
et la somme d"une suite géométrique. La formule générale pour les sommes de Riemann est queRb
af(x)dxest la limite (quandn!+¥) de S n=ban n1å k=0f a+kban :Indication pourl"exer cice3 N1.Re venirà la définition de la continuité en x0en prenante=f(x0)2
par exemple. 2. Soit fest tout le temps de même signe (et alors utiliser la première question), soit ce n"est pas le cas (et
alors utiliser un théorème classique...). 3. On remarquera que
R1 0f(x)dx12
=R1 0(f(x)x)dx.Indication pourl"exer cice5 N1.Pour
Rx2lnxdxposerv0=x2,u=lnx.
2. Pour Rxarctanxdxposerv0=xetu=arctanx.
3. Pour les deux il f autf aireune intégration par parties a vecv0=1. 4. Pour Rcosxexpxdxil faut faire deux intégrations par parties.Indication pourl"exer cice6 N1. Rcos1234xsinxdx=11235
cos1235x+c(changement de variableu=cosx) 2. R1xlnxdx=lnjlnxj+c(changement de variableu=lnx)
3. R13+exp(x)dx=13
ln(3expx+1)+c(changement de variableu=expx) 4. R1p4xx2dx=arcsin12
x1+c(changement de variableu=12 x1)Indication pourl"exer cice7 N1. Rx+2x 23x4dx=15
lnjx+1j+65 lnjx4j+c(décomposition en éléments simples) 2. Rx1x 2+x+1dx=12
lnjx2+x+1jp3arctan 2p3 x+12 +c 3. Rsin8xcos3xdx=19
sin9x111 sin11x+c 4. R1sinxdx=12
ln1cosx1+cosx+c=lntanx2 +c(changement de variableu=cosxouu=tanx2 5. R3sinx2cosx+3tanxdx=15
lnj2sinxj+75 lnj1+2sinxj+c(changement de variableu=sinx) 5 Indication pourl"exer cice8 N1.
R p2 0xsinxdx=1 (intégration par partiesv0=sinx,u=x)
2. R1 0expe x+1dx=2pe+12p2 (à l"aide du changement de variableu=ex) 3. R1 01(1+x2)2dx=p8
+14 (changement de variablex=tant,dx= (1+tan2t)dtet 1+tan2t=1cos 2t) 4. R1 03x+1(x+1)2dx=3ln21 (décomposition en éléments simples de la forme3x+1(x+1)2=ax+1+b(x+1)2)
5. R212 1+1x 2arctanxdx=3p4
(changement de variablesu=1x et arctanx+arctan1x =p2 )Indication pourl"exer cice9 NR p2 011+sinxdx=1 (changement de variablest=tanx2
R p2 0sinx1+sinxdx=p2
1 (utiliser la précédente).Indication pourl"exer cice10 N1.F aireune intégration par parties afin d"e xprimerIn+2en fonction deIn. Pour le calcul explicite on
distinguera le cas desnpairs et impairs. 2. Rappel : unvnest équivalent àunv
n!1. Utiliser la décroissance deInpour encadrerIn+1I n.Indication pourl"exer cice11 N1.Majorer par xn. 2. 3. On pourra calculer (I0+I1)(I1+I2)+(I2+I3)Indication pourl"exer cice12 NUn dessin ne fait pas de mal ! Il faut ensuite résoudre l"équation
x22 =1x 2+1puis calculer deux intégrales.Indication pourl"exer cice13 NIl faut se ramener au calcul de
Z a 0br1x2a
2dx.Indication pourl"exer cice14 NOn pourra essayer de reconnaître des sommes de Riemann, puis calculer des intégrales. Pour le produit
composer par la fonction ln, afin de transformer le produit en une somme.6 Correction del"exer cice1 N1.On trouv e
R4 0f(t)dt= +7. Il faut tout d"abord tracer le graphe de cette fonction. Ensuite la valeur d"une
intégrale ne dépend pas de la valeur de la fonction en un point, c"est-à-dire ici les valeurs enx=0,x=1,
x=2 n"ont aucune influence sur l"intégrale. Ensuite on revient à la définition deR4 0f(t)dt: pour la
subdivision de[0;4]définie parfx0=0;x1=1;x2=2;x3=3;x4=4g, on trouve la valeur de l"intégrale (ici le sup et l"inf sont atteints et égaux pour cette subdivision et toute subdivision plus fine). Une autre
façon de faire est considérer quefest une fonction en escalier (en "oubliant» les accidents enx=0,
x=1,x=2) dont on sait calculer l"intégrale. 2. C"est la même chose pour
Rx 0f(t)dt, mais au lieu d"aller jusqu"à 4 on s"arrête àx, on trouve
F(x) =8
:xsi 06x61 32xsi 1 4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
4 si 2 1. Calculer
R4 0f(t)dt.
2. Soit x2[0;4], calculerF(x) =Rx
0f(t)dt.
3. Montrer que Fest une fonction continue sur[0;4]. La fonctionFest-elle dérivable sur[0;4]? Soient les fonctions définies surR,
f(x) =x,g(x) =x2eth(x) =ex; Justifier qu"elles sont intégrables sur tout intervalle fermé borné deR. En utilisant les sommes de Riemann,
calculer les intégralesR1 0f(x)dx,R2
1g(x)dxetRx
0h(t)dt.
Soitf:[a;b]!Rune fonction continue sur[a;b](a 1. On suppose que f(x)>0 pour toutx2[a;b], et quef(x0)>0 en un pointx02[a;b]. Montrer queRb af(x)dx>0. En déduire que : "sifest une fonction continue positive sur[a;b]telle queRb af(x)dx=0 alorsfest identiquement nulle». 2. On suppose que
Rb af(x)dx=0. Montrer qu"il existec2[a;b]tel quef(c) =0. 3. Application: on suppose que fest une fonction continue sur[0;1]telle queR1 0f(x)dx=12
. Montrer qu"il existed2[0;1]tel quef(d) =d. Soitf:R!Rune fonction continue surRetF(x) =Rx
0f(t)dt. Répondre par vrai ou faux aux affirmations
suivantes: 1 1.Fest continue surR.
2.Fest dérivable surRde dérivéef.
3. Si fest croissante surRalorsFest croissante surR.
4. Si fest positive surRalorsFest positive surR.
5. Si fest positive surRalorsFest croissante surR.
6. Si festT-périodique surRalorsFestT-périodique surR. 7. Si fest paire alorsFest impaire.
Exercice 5Calculer les primitives suivantes par intégration par parties. 1. Rx2lnxdx
2. Rxarctanxdx
3. RlnxdxpuisR(lnx)2dx
4. Rcosxexpxdx
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1. R(cosx)1234sinxdx
2. R1xlnxdx
3. R13+exp(x)dx
4. R1p4xx2dx
Calculer les primitives suivantes, en précisant si nécessaire les intervalles de validité des calculs :
1. Rx+2x 23x4dx
2. Rx1x 2+x+1dx
3. Rsin8xcos3xdx
4. R1sinxdx
5. R3sinx2cosx+3tanxdx
3 Calculs d"intégrales
Exercice 8Calculer les intégrales suivantes :
1. R p2 0xsinxdx(intégration par parties)
2. R1 0expe x+1dx(à l"aide d"un changement de variable simple) 3. R1 01(1+x2)2dx(changement de variablex=tant)
4. R1 03x+1(x+1)2dx(décomposition en éléments simples)
5. R212 1+1x 2arctanxdx(changement de variableu=1x
Calculer les intégrales suivantes :
Z p2 011+sinxdxetZ
p2 0sinx1+sinxdx:
p2 0(sinx)ndxpourn2N.
1. Montrer que In+2=n+1n+2In. ExpliciterIn. En déduireR1 11x2ndx.
2. Montrer que (In)nest positive décroissante. Montrer queInIn+1 3. Simplifier InIn+1. Montrer queInpp
2n. En déduire13(2n+1)24(2n)2pn
p SoitIn=Z
1 0x n1+xdx. 1. En majorant la fonction intégrée, montrer que lim n!+¥In=0. 2. Calculer In+In+1.
3. Déterminer lim
n!+¥ nå k=1(1)k+1k 4 Applications : calculs d"aires, calculs de limites
Exercice 12Calculer l"aire de la région délimitée par les courbes d"équationy=x22 ety=11+x2. Calculer l"aire intérieure d"une ellipse d"équation : x 2a 2+y2b 2=1: Indications.On pourra calculer seulement la partie de l"ellipse correspondant àx>0,y>0. Puis exprimery
en fonction dex. Enfin calculer une intégrale. Calculer la limite des suites suivantes :
1.un=nn1å
k=01k 2+n2 2.vn=nÕ
k=1 1+k2n 2 1n Indication pourl"exer cice2 NLes fonctions continues ne seraient-elles pas intégrables ? Il faut se souvenir de ce que vaut la somme desnpremiers entiers, la somme des carrés desnpremiers entiers
et la somme d"une suite géométrique. La formule générale pour les sommes de Riemann est queRb
af(x)dxest la limite (quandn!+¥) de S n=ban n1å k=0f a+kban :Indication pourl"exer cice3 N1.Re venirà la définition de la continuité en x0en prenante=f(x0)2
par exemple. 2. Soit fest tout le temps de même signe (et alors utiliser la première question), soit ce n"est pas le cas (et
alors utiliser un théorème classique...). 3. On remarquera que
R1 0f(x)dx12
=R1 0(f(x)x)dx.Indication pourl"exer cice5 N1.Pour
Rx2lnxdxposerv0=x2,u=lnx.
2. Pour Rxarctanxdxposerv0=xetu=arctanx.
3. Pour les deux il f autf aireune intégration par parties a vecv0=1. 4. Pour Rcosxexpxdxil faut faire deux intégrations par parties.Indication pourl"exer cice6 N1. Rcos1234xsinxdx=11235
cos1235x+c(changement de variableu=cosx) 2. R1xlnxdx=lnjlnxj+c(changement de variableu=lnx)
3. R13+exp(x)dx=13
ln(3expx+1)+c(changement de variableu=expx) 4. R1p4xx2dx=arcsin12
x1+c(changement de variableu=12 x1)Indication pourl"exer cice7 N1. Rx+2x 23x4dx=15
lnjx+1j+65 lnjx4j+c(décomposition en éléments simples) 2. Rx1x 2+x+1dx=12
lnjx2+x+1jp3arctan 2p3 x+12 +c 3. Rsin8xcos3xdx=19
sin9x111 sin11x+c 4. R1sinxdx=12
ln1cosx1+cosx+c=lntanx2 +c(changement de variableu=cosxouu=tanx2 5. R3sinx2cosx+3tanxdx=15
lnj2sinxj+75 lnj1+2sinxj+c(changement de variableu=sinx) 5 Indication pourl"exer cice8 N1.
R p2 0xsinxdx=1 (intégration par partiesv0=sinx,u=x)
2. R1 0expe x+1dx=2pe+12p2 (à l"aide du changement de variableu=ex) 3. R1 01(1+x2)2dx=p8
+14 (changement de variablex=tant,dx= (1+tan2t)dtet 1+tan2t=1cos 2t) 4. R1 03x+1(x+1)2dx=3ln21 (décomposition en éléments simples de la forme3x+1(x+1)2=ax+1+b(x+1)2)
5. R212 1+1x 2arctanxdx=3p4
(changement de variablesu=1x et arctanx+arctan1x =p2 )Indication pourl"exer cice9 NR p2 011+sinxdx=1 (changement de variablest=tanx2
R p2 0sinx1+sinxdx=p2
1 (utiliser la précédente).Indication pourl"exer cice10 N1.F aireune intégration par parties afin d"e xprimerIn+2en fonction deIn. Pour le calcul explicite on
distinguera le cas desnpairs et impairs. 2. Rappel : unvnest équivalent àunv
n!1. Utiliser la décroissance deInpour encadrerIn+1I n.Indication pourl"exer cice11 N1.Majorer par xn. 2. 3. On pourra calculer (I0+I1)(I1+I2)+(I2+I3)Indication pourl"exer cice12 NUn dessin ne fait pas de mal ! Il faut ensuite résoudre l"équation
x22 =1x 2+1puis calculer deux intégrales.Indication pourl"exer cice13 NIl faut se ramener au calcul de
Z a 0br1x2a
2dx.Indication pourl"exer cice14 NOn pourra essayer de reconnaître des sommes de Riemann, puis calculer des intégrales. Pour le produit
composer par la fonction ln, afin de transformer le produit en une somme.6 Correction del"exer cice1 N1.On trouv e
R4 0f(t)dt= +7. Il faut tout d"abord tracer le graphe de cette fonction. Ensuite la valeur d"une
intégrale ne dépend pas de la valeur de la fonction en un point, c"est-à-dire ici les valeurs enx=0,x=1,
x=2 n"ont aucune influence sur l"intégrale. Ensuite on revient à la définition deR4 0f(t)dt: pour la
subdivision de[0;4]définie parfx0=0;x1=1;x2=2;x3=3;x4=4g, on trouve la valeur de l"intégrale (ici le sup et l"inf sont atteints et égaux pour cette subdivision et toute subdivision plus fine). Une autre
façon de faire est considérer quefest une fonction en escalier (en "oubliant» les accidents enx=0,
x=1,x=2) dont on sait calculer l"intégrale. 2. C"est la même chose pour
Rx 0f(t)dt, mais au lieu d"aller jusqu"à 4 on s"arrête àx, on trouve
F(x) =8
:xsi 06x61 32xsi 1 4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
Calculer
R40f(t)dt.
2.Soit x2[0;4], calculerF(x) =Rx
0f(t)dt.
3. Montrer que Fest une fonction continue sur[0;4]. La fonctionFest-elle dérivable sur[0;4]?Soient les fonctions définies surR,
f(x) =x,g(x) =x2eth(x) =ex;Justifier qu"elles sont intégrables sur tout intervalle fermé borné deR. En utilisant les sommes de Riemann,
calculer les intégralesR10f(x)dx,R2
1g(x)dxetRx
0h(t)dt.
Soitf:[a;b]!Rune fonction continue sur[a;b](a 1. On suppose que f(x)>0 pour toutx2[a;b], et quef(x0)>0 en un pointx02[a;b]. Montrer queRb af(x)dx>0. En déduire que : "sifest une fonction continue positive sur[a;b]telle queRb af(x)dx=0 alorsfest identiquement nulle». 2. On suppose que
Rb af(x)dx=0. Montrer qu"il existec2[a;b]tel quef(c) =0. 3. Application: on suppose que fest une fonction continue sur[0;1]telle queR1 0f(x)dx=12
. Montrer qu"il existed2[0;1]tel quef(d) =d. Soitf:R!Rune fonction continue surRetF(x) =Rx
0f(t)dt. Répondre par vrai ou faux aux affirmations
suivantes: 1 1.Fest continue surR.
2.Fest dérivable surRde dérivéef.
3. Si fest croissante surRalorsFest croissante surR.
4. Si fest positive surRalorsFest positive surR.
5. Si fest positive surRalorsFest croissante surR.
6. Si festT-périodique surRalorsFestT-périodique surR. 7. Si fest paire alorsFest impaire.
Exercice 5Calculer les primitives suivantes par intégration par parties. 1. Rx2lnxdx
2. Rxarctanxdx
3. RlnxdxpuisR(lnx)2dx
4. Rcosxexpxdx
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1. R(cosx)1234sinxdx
2. R1xlnxdx
3. R13+exp(x)dx
4. R1p4xx2dx
Calculer les primitives suivantes, en précisant si nécessaire les intervalles de validité des calculs :
1. Rx+2x 23x4dx
2. Rx1x 2+x+1dx
3. Rsin8xcos3xdx
4. R1sinxdx
5. R3sinx2cosx+3tanxdx
3 Calculs d"intégrales
Exercice 8Calculer les intégrales suivantes :
1. R p2 0xsinxdx(intégration par parties)
2. R1 0expe x+1dx(à l"aide d"un changement de variable simple) 3. R1 01(1+x2)2dx(changement de variablex=tant)
4. R1 03x+1(x+1)2dx(décomposition en éléments simples)
5. R212 1+1x 2arctanxdx(changement de variableu=1x
Calculer les intégrales suivantes :
Z p2 011+sinxdxetZ
p2 0sinx1+sinxdx:
p2 0(sinx)ndxpourn2N.
1. Montrer que In+2=n+1n+2In. ExpliciterIn. En déduireR1 11x2ndx.
2. Montrer que (In)nest positive décroissante. Montrer queInIn+1 3. Simplifier InIn+1. Montrer queInpp
2n. En déduire13(2n+1)24(2n)2pn
p SoitIn=Z
1 0x n1+xdx. 1. En majorant la fonction intégrée, montrer que lim n!+¥In=0. 2. Calculer In+In+1.
3. Déterminer lim
n!+¥ nå k=1(1)k+1k 4 Applications : calculs d"aires, calculs de limites
Exercice 12Calculer l"aire de la région délimitée par les courbes d"équationy=x22 ety=11+x2. Calculer l"aire intérieure d"une ellipse d"équation : x 2a 2+y2b 2=1: Indications.On pourra calculer seulement la partie de l"ellipse correspondant àx>0,y>0. Puis exprimery
en fonction dex. Enfin calculer une intégrale. Calculer la limite des suites suivantes :
1.un=nn1å
k=01k 2+n2 2.vn=nÕ
k=1 1+k2n 2 1n Indication pourl"exer cice2 NLes fonctions continues ne seraient-elles pas intégrables ? Il faut se souvenir de ce que vaut la somme desnpremiers entiers, la somme des carrés desnpremiers entiers
et la somme d"une suite géométrique. La formule générale pour les sommes de Riemann est queRb
af(x)dxest la limite (quandn!+¥) de S n=ban n1å k=0f a+kban :Indication pourl"exer cice3 N1.Re venirà la définition de la continuité en x0en prenante=f(x0)2
par exemple. 2. Soit fest tout le temps de même signe (et alors utiliser la première question), soit ce n"est pas le cas (et
alors utiliser un théorème classique...). 3. On remarquera que
R1 0f(x)dx12
=R1 0(f(x)x)dx.Indication pourl"exer cice5 N1.Pour
Rx2lnxdxposerv0=x2,u=lnx.
2. Pour Rxarctanxdxposerv0=xetu=arctanx.
3. Pour les deux il f autf aireune intégration par parties a vecv0=1. 4. Pour Rcosxexpxdxil faut faire deux intégrations par parties.Indication pourl"exer cice6 N1. Rcos1234xsinxdx=11235
cos1235x+c(changement de variableu=cosx) 2. R1xlnxdx=lnjlnxj+c(changement de variableu=lnx)
3. R13+exp(x)dx=13
ln(3expx+1)+c(changement de variableu=expx) 4. R1p4xx2dx=arcsin12
x1+c(changement de variableu=12 x1)Indication pourl"exer cice7 N1. Rx+2x 23x4dx=15
lnjx+1j+65 lnjx4j+c(décomposition en éléments simples) 2. Rx1x 2+x+1dx=12
lnjx2+x+1jp3arctan 2p3 x+12 +c 3. Rsin8xcos3xdx=19
sin9x111 sin11x+c 4. R1sinxdx=12
ln1cosx1+cosx+c=lntanx2 +c(changement de variableu=cosxouu=tanx2 5. R3sinx2cosx+3tanxdx=15
lnj2sinxj+75 lnj1+2sinxj+c(changement de variableu=sinx) 5 Indication pourl"exer cice8 N1.
R p2 0xsinxdx=1 (intégration par partiesv0=sinx,u=x)
2. R1 0expe x+1dx=2pe+12p2 (à l"aide du changement de variableu=ex) 3. R1 01(1+x2)2dx=p8
+14 (changement de variablex=tant,dx= (1+tan2t)dtet 1+tan2t=1cos 2t) 4. R1 03x+1(x+1)2dx=3ln21 (décomposition en éléments simples de la forme3x+1(x+1)2=ax+1+b(x+1)2)
5. R212 1+1x 2arctanxdx=3p4
(changement de variablesu=1x et arctanx+arctan1x =p2 )Indication pourl"exer cice9 NR p2 011+sinxdx=1 (changement de variablest=tanx2
R p2 0sinx1+sinxdx=p2
1 (utiliser la précédente).Indication pourl"exer cice10 N1.F aireune intégration par parties afin d"e xprimerIn+2en fonction deIn. Pour le calcul explicite on
distinguera le cas desnpairs et impairs. 2. Rappel : unvnest équivalent àunv
n!1. Utiliser la décroissance deInpour encadrerIn+1I n.Indication pourl"exer cice11 N1.Majorer par xn. 2. 3. On pourra calculer (I0+I1)(I1+I2)+(I2+I3)Indication pourl"exer cice12 NUn dessin ne fait pas de mal ! Il faut ensuite résoudre l"équation
x22 =1x 2+1puis calculer deux intégrales.Indication pourl"exer cice13 NIl faut se ramener au calcul de
Z a 0br1x2a
2dx.Indication pourl"exer cice14 NOn pourra essayer de reconnaître des sommes de Riemann, puis calculer des intégrales. Pour le produit
composer par la fonction ln, afin de transformer le produit en une somme.6 Correction del"exer cice1 N1.On trouv e
R4 0f(t)dt= +7. Il faut tout d"abord tracer le graphe de cette fonction. Ensuite la valeur d"une
intégrale ne dépend pas de la valeur de la fonction en un point, c"est-à-dire ici les valeurs enx=0,x=1,
x=2 n"ont aucune influence sur l"intégrale. Ensuite on revient à la définition deR4 0f(t)dt: pour la
subdivision de[0;4]définie parfx0=0;x1=1;x2=2;x3=3;x4=4g, on trouve la valeur de l"intégrale (ici le sup et l"inf sont atteints et égaux pour cette subdivision et toute subdivision plus fine). Une autre
façon de faire est considérer quefest une fonction en escalier (en "oubliant» les accidents enx=0,
x=1,x=2) dont on sait calculer l"intégrale. 2. C"est la même chose pour
Rx 0f(t)dt, mais au lieu d"aller jusqu"à 4 on s"arrête àx, on trouve
F(x) =8
:xsi 06x61 32xsi 1 4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
On suppose que
Rb af(x)dx=0. Montrer qu"il existec2[a;b]tel quef(c) =0. 3. Application: on suppose que fest une fonction continue sur[0;1]telle queR10f(x)dx=12
. Montrer qu"il existed2[0;1]tel quef(d) =d.Soitf:R!Rune fonction continue surRetF(x) =Rx
0f(t)dt. Répondre par vrai ou faux aux affirmations
suivantes: 11.Fest continue surR.
2.Fest dérivable surRde dérivéef.
3.Si fest croissante surRalorsFest croissante surR.
4.Si fest positive surRalorsFest positive surR.
5.Si fest positive surRalorsFest croissante surR.
6. Si festT-périodique surRalorsFestT-périodique surR. 7.Si fest paire alorsFest impaire.
Exercice 5Calculer les primitives suivantes par intégration par parties. 1.Rx2lnxdx
2.Rxarctanxdx
3.RlnxdxpuisR(lnx)2dx
4.Rcosxexpxdx
Calculer les primitives suivantes par changement de variable. 1.R(cosx)1234sinxdx
2.R1xlnxdx
3.R13+exp(x)dx
4.R1p4xx2dx
Calculer les primitives suivantes, en précisant si nécessaire les intervalles de validité des calculs :
1. Rx+2x23x4dx
2. Rx1x2+x+1dx
3.Rsin8xcos3xdx
4.R1sinxdx
5.R3sinx2cosx+3tanxdx
3 Calculs d"intégrales
Exercice 8Calculer les intégrales suivantes :
1. R p20xsinxdx(intégration par parties)
2. R1 0expe x+1dx(à l"aide d"un changement de variable simple) 3. R101(1+x2)2dx(changement de variablex=tant)
4. R103x+1(x+1)2dx(décomposition en éléments simples)
5. R212 1+1x2arctanxdx(changement de variableu=1x
Calculer les intégrales suivantes :
Z p2011+sinxdxetZ
p20sinx1+sinxdx:
p20(sinx)ndxpourn2N.
1. Montrer que In+2=n+1n+2In. ExpliciterIn. En déduireR111x2ndx.
2. Montrer que (In)nest positive décroissante. Montrer queInIn+1 3.Simplifier InIn+1. Montrer queInpp
2n. En déduire13(2n+1)24(2n)2pn
pSoitIn=Z
1 0x n1+xdx. 1. En majorant la fonction intégrée, montrer que lim n!+¥In=0. 2.Calculer In+In+1.
3.Déterminer lim
n!+¥ nå k=1(1)k+1k4 Applications : calculs d"aires, calculs de limites
Exercice 12Calculer l"aire de la région délimitée par les courbes d"équationy=x22 ety=11+x2. Calculer l"aire intérieure d"une ellipse d"équation : x 2a 2+y2b 2=1:Indications.On pourra calculer seulement la partie de l"ellipse correspondant àx>0,y>0. Puis exprimery
en fonction dex. Enfin calculer une intégrale.Calculer la limite des suites suivantes :
1.un=nn1å
k=01k 2+n22.vn=nÕ
k=1 1+k2n 2 1n Indication pourl"exer cice2 NLes fonctions continues ne seraient-elles pas intégrables ?Il faut se souvenir de ce que vaut la somme desnpremiers entiers, la somme des carrés desnpremiers entiers
et la somme d"une suite géométrique. La formule générale pour les sommes de Riemann est queRb
af(x)dxest la limite (quandn!+¥) de S n=ban n1å k=0f a+kban:Indication pourl"exer cice3 N1.Re venirà la définition de la continuité en x0en prenante=f(x0)2
par exemple. 2.Soit fest tout le temps de même signe (et alors utiliser la première question), soit ce n"est pas le cas (et
alors utiliser un théorème classique...). 3.On remarquera que
R10f(x)dx12
=R10(f(x)x)dx.Indication pourl"exer cice5 N1.Pour
Rx2lnxdxposerv0=x2,u=lnx.
2. PourRxarctanxdxposerv0=xetu=arctanx.
3. Pour les deux il f autf aireune intégration par parties a vecv0=1. 4. Pour Rcosxexpxdxil faut faire deux intégrations par parties.Indication pourl"exer cice6 N1.Rcos1234xsinxdx=11235
cos1235x+c(changement de variableu=cosx) 2.R1xlnxdx=lnjlnxj+c(changement de variableu=lnx)
3.R13+exp(x)dx=13
ln(3expx+1)+c(changement de variableu=expx) 4.R1p4xx2dx=arcsin12
x1+c(changement de variableu=12 x1)Indication pourl"exer cice7 N1. Rx+2x23x4dx=15
lnjx+1j+65 lnjx4j+c(décomposition en éléments simples) 2. Rx1x2+x+1dx=12
lnjx2+x+1jp3arctan 2p3 x+12 +c 3.Rsin8xcos3xdx=19
sin9x111 sin11x+c 4.R1sinxdx=12
ln1cosx1+cosx+c=lntanx2 +c(changement de variableu=cosxouu=tanx2 5.R3sinx2cosx+3tanxdx=15
lnj2sinxj+75 lnj1+2sinxj+c(changement de variableu=sinx) 5Indication pourl"exer cice8 N1.
R p20xsinxdx=1 (intégration par partiesv0=sinx,u=x)
2. R1 0expe x+1dx=2pe+12p2 (à l"aide du changement de variableu=ex) 3. R101(1+x2)2dx=p8
+14 (changement de variablex=tant,dx= (1+tan2t)dtet 1+tan2t=1cos 2t) 4. R103x+1(x+1)2dx=3ln21 (décomposition en éléments simples de la forme3x+1(x+1)2=ax+1+b(x+1)2)
5. R212 1+1x2arctanxdx=3p4
(changement de variablesu=1x et arctanx+arctan1x =p2 )Indication pourl"exer cice9 NR p2011+sinxdx=1 (changement de variablest=tanx2
R p20sinx1+sinxdx=p2
1 (utiliser la précédente).Indication pourl"exer cice10 N1.F aireune intégration par parties afin d"e xprimerIn+2en fonction deIn. Pour le calcul explicite on
distinguera le cas desnpairs et impairs. 2.Rappel : unvnest équivalent àunv
n!1. Utiliser la décroissance deInpour encadrerIn+1I n.Indication pourl"exer cice11 N1.Majorer par xn. 2. 3.On pourra calculer (I0+I1)(I1+I2)+(I2+I3)Indication pourl"exer cice12 NUn dessin ne fait pas de mal ! Il faut ensuite résoudre l"équation
x22 =1x2+1puis calculer deux intégrales.Indication pourl"exer cice13 NIl faut se ramener au calcul de
Z a0br1x2a
2dx.Indication pourl"exer cice14 NOn pourra essayer de reconnaître des sommes de Riemann, puis calculer des intégrales. Pour le produit
composer par la fonction ln, afin de transformer le produit en une somme.6Correction del"exer cice1 N1.On trouv e
R40f(t)dt= +7. Il faut tout d"abord tracer le graphe de cette fonction. Ensuite la valeur d"une
intégrale ne dépend pas de la valeur de la fonction en un point, c"est-à-dire ici les valeurs enx=0,x=1,
x=2 n"ont aucune influence sur l"intégrale. Ensuite on revient à la définition deR40f(t)dt: pour la
subdivision de[0;4]définie parfx0=0;x1=1;x2=2;x3=3;x4=4g, on trouve la valeur de l"intégrale(ici le sup et l"inf sont atteints et égaux pour cette subdivision et toute subdivision plus fine). Une autre
façon de faire est considérer quefest une fonction en escalier (en "oubliant» les accidents enx=0,
x=1,x=2) dont on sait calculer l"intégrale. 2.C"est la même chose pour
Rx0f(t)dt, mais au lieu d"aller jusqu"à 4 on s"arrête àx, on trouve
F(x) =8
:xsi 06x6132xsi 1 4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
4x9 si 2 3. Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1. En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R1 0f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46
Les seuls points à discuter pour la continuité sont les points x=1 etx=2, mais les limites à droite et à
gauche deFsont égales en ces points doncFest continue. Par contreFn"est pas dérivable enx=1 (les
dérivées à droite et à gauche sont distinctes),Fn"est pas non plus dérivable enx=2.Correction del"exer cice2 NLes fonctions sont continues donc intégrables !
1.En utilisant les sommes de Riemann, on sait que
R10f(x)dxest la limite (quandn!+¥) de1n
ån1k=0f(kn
NotonsSn=1n
ån1k=0f(kn
). AlorsSn=1nquotesdbs_dbs46.pdfusesText_46[PDF] le changement global et ses effets 5e
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