[PDF] Épreuve de Mathématiques 3 Exercice 1 (PT 2013 C)





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Épreuve de Mathématiques 3 Exercice 1 (PT 2013 C)

15 nov. 2013 t2 dt est absolument convergente. Conclusion. lim. T?+?. ? T. 1 sin t t dt existe : L'intégrale. ? +?. 0 sin t t dt converge.



Intégrales impropres

+?. 2. 1 t (ln t)2 dt converge alors notre intégrale initiale est aussi convergente. Mini-exercices.1. Étudier la convergence des intégrales suivantes : ? 



lintégrale de Dirichlet

12 mars 2020 2. t ?? sin(t)/t est continue sur ]0 +?[ et prolongeable par continuité en 0 (valeur 1). L'unique borne impropre est au voisinage.



Chapitre 2 - Intégrales généralisées (ou impropres)

t2 dt. 2.1 Définition et exemples d'intégrales impropres cos(t) dt est divergente puisque la fonction sin(x) ne converge pas lorsque x tend.





Intégrales généralisées

sin(1/t)e?1/tt?k dt. Exercice 2. Calcul fractions rationnelles. Prouver la convergence des intégrales suivantes puis les calculer : 1). ? +? t=0.



Math 256-Intégrales

f(t)dt. La plus intuitive est de voir l'intégrale comme limite d'une somme. ?2/2. 0. 1. ?. 1?x2 dx. On pose x = sin t en choisissant.



TD 1 Intégrales généralisées

16 sept. 2016 en 0+ à 1 en 1 (fausse impropreté). Les changements de variable x = sin. 2 ?



1 Intégrales généralisées

sin(t)dt = 1 ? cos(x) et la fonction cos n'a pas de limite `a l'infini. 2 Calcul pratique des intégrales généralisées. Proposition 2.1 On désigne par [a 



The sine and cosine integrals - Lancaster

Hence also the value of this integral is ? 2 for a0 we deduce Z 1 0 sinatcosat t dt= 1 2 Z 1 0 sin2at t dt= ? 4: (3) We will use this several times later Since sin(a+ b)t+ sin(a b)t= 2sinatcosbt we can also deduce Z 1 0 sinatcosbt t dt= ˆ ? 2 if a>b 0; 0 if b>a 0: (4) Integrating by parts and using (3) and the fact that sin2 t



The sine and cosine integrals - Lancaster

Integrals with Trigonometric Functions Z sinaxdx= 1 a cosax (63) Z sin2 axdx= x 2 sin2ax 4a (64) Z sinn axdx= 1 a cosax 2F 1 1 2; 1 n 2; 3 2;cos2 ax (65) Z sin3 axdx= 3cosax 4a + cos3ax 12a (66) Z cosaxdx=



Evaluation of the sine and cosine integrals - Lancaster

We shall consider the integrals in their various appropriate forms of sint t and cost t We start with the “complete sine integral”: THEOREM 1 We have Z ? 0 sint t dt = ? 2 (1) Note ?rst that there is no problem of convergence at 0 because sint t ? 1 as t ? 0 A very quick and neat proof of (1) (to be seen for example in [Lo



FT SECOND FUNDAMENTAL THEOREM - MIT Mathematics

of variable rule (see (7) p PI 2 in these notes) You get successively t = au dt = adu dt t = adu au = du u We have to change the limits on the integral also: t = a and t = ab correspond respectively to u = 1u = b Thus the rule for changing variable in a de?nite integral gives Z ab a dt t = Z b 1 du u = L(b)



42 Line Integrals - Cornell University

and Cis the curve x= cost;y= sint;z= t0 t 2 4 2 LINE INTEGRALS 3 MATH 294 SPRING 1989 FINAL # 4 294SP89FQ4 tex 4 2 15 Evaluate the path integral I C

What are the integrals of Sint=T and cost=ton intervals?

In these notes, we consider the integrals of sint=tand cost=ton intervals like (0;1),(0; x) and (x;1). Most of the material appeared in [Jam1]. Companion notes [Jam2], [Jam3]deal with integrals ofeit=tpand, more generally,f(t)eit. THEOREM 1. We have Note rst that there is no problem of convergence at 0, becausesint!1 ast!0.

What is the definite integral of from to?

The definite integral of from to , denoted , is defined to be the signed area between and the axis, from to . Both types of integrals are tied together by the fundamental theorem of calculus. This states that if is continuous on and is its continuous indefinite integral, then . This means .

How do you express S(x)2 as an integral?

, we can expressS(x)2as an integral: in which we used (32) and limx!1[xS(x)2] = 0 (recalljS(x)j 2=x). The integral ofC(x)2is similar, with the additional remark that limx!0+[xC(x)2] = 0. We nish with another pair of integrals that require a little more work.

Are the integrals in 32 and 33 double integrals?

Of course, the integrals in (32) and (33) are really double integrals. Formal reversal ofthe double integrals duly delivers the stated values. However, the conditions for reversal ofimproper integrals are not satised, and one should really consider the integral on [0; R] ofRRsintdt=S(x) S(R).

Lycée La Prat"s Vendredi 15 novembre 2013

Classe de PT

Épreuve de Mathématiques 3

CorrectionExercice 1 (PT 2013 C)

1)La fonctionsinest de classeC1surR+et sa dérivée estcos, qui est bornée (en valeurs absolues) par

1. Donc l"inégalité des accroissements finis entre0ett?R?+s"écrit

|sin(t)-sin(0)|61× |t-0| Ainsi, en divisant part >0, Pour tout réeltstrictement positif,|sint|t

612)Soitx?R?+fixé.

•Étude def: La fonction?:t?→e-xtsintt est continue par morceaux sur]0,+∞[. En0:? ????e -xtsintt

????≂e-xt--→t→01donc la fonction?est prolongeable par continuité en0, et l"intégrale

converge.

En+∞: D"après 1),|sint|t

61donc|?(t)|6e-xt, qui est intégrable au voisinage de+∞d"après

le critère des exponentielles (x >0).

Conclusion : L"intégrale?

0e -xtsintt dtest absolument convergente, donc convergente, etf(x) existe. •Étude deg: La fonctiont?→e-xtcostx est continue par morceaux sur[0,+∞[.

De plus,?

????e -xtcostx ????61x e-xt, qui est intégrable au voisinage de+∞d"après le critère des exponen- tielles (x >0).

Conclusion : L"intégrale?

0e -xtcostx dtest absolument convergente, donc convergente, etg(x) existe.

Finalement : Les fonctionsfetgsont définies surR?+3)Soitaun réel strictement positif. Appliquons le théorème de Leibniz de dérivation des intégrales

dépendant d"un paramètre sur l"intervalleD= [a,+∞[, qui nous donne directement que la fonction

est de classeC1(et donc continue). Soith: [a,+∞[×]0,+∞[→Rdéfinie parh(x,t) =e-xtsintt •Pour toutt?]0,+∞[, la fonctionx?→h(x,t)estC1sur[a,+∞[car exponentielle l"est.

•Pour toutx?[a,+∞[, la fonctiont?→h(x,t)est intégrable sur]0,+∞[d"après 2).

Pour toutx?[a,+∞[, la fonctiont?→∂h∂x (x,t) =-te-xtsintt =-e-xtsintest continue par morceaux sur]0,+∞[.

•La fonction?(t) =e-atest intégrable sur]0,+∞[d"après le critère des exponentielles (a >0) et

(x,t)????=|sint|e-xt6e-at=?(t) 1 DST3Donc, d"après le théorème de dérivation sous le signe somme, La fonctionfest de classeC1sur[a,+∞[etf?(x) =-?

0e-xtsintdt.On remarque que, pour toutx?R?+,g(x) =?

0e -xtcostx dt=1x

0e-xtcostdt(par linéarité).

Nous allons avoir besoin de la fonction?(t) =te-at, définie sur[0,+∞[.?est continue par morceaux,

et par croissance comparée, commea >0, t

2?(t) =t3e-at----→t→+∞0

Donc par définition de la limite, il existet0>0tel que?t>t0,|t2?(t)|61, puis|?(t)|61t 2. Or 1t

2intégrable en+∞(Riemann,α= 2>1), donc par majoration?est intégrable.

Évitez de mettre la preuve de l"intégrabilité de la fonction?au milieu du théorème, lorsqu"il y a plus d"un mot

à dire (par exemple, au-dessus, c"est immédiat (critère des exponentielles), pas de problème).

Soith: [a,+∞[×]0,+∞[→Rdéfinie parh(x,t) =e-xtcost. •Pour toutt?]0,+∞[, la fonctionx?→h(x,t)estC1sur[a,+∞[car exponentielle l"est.

•Pour toutx?[a,+∞[, la fonctiont?→h(x,t)est intégrable sur]0,+∞[d"après 2).

Pour toutx?[a,+∞[, la fonctiont?→∂h∂x (x,t) =-te-xtcostest continue par morceaux sur ]0,+∞[. •La fonction?(t) =te-atest intégrable sur]0,+∞[(ci-dessus) et (x,t)????=te-xt|cost|6te-at=?(t) Donc, d"après le théorème de dérivation sous le signe somme, la fonctionx?→?

0e-xtcostdtest de

classeC1sur[a,+∞[et sa dérivée estx?→ -?

0te-xtcostdt.

Ainsi, comme produit de fonctionsC1sur[a,+∞[(x?→1x estC1),

La fonctiongest de classeC1sur[a,+∞[.4)CommefetgsontC1sur[a,+∞[pour touta >0, elles sontC1sur]0,+∞[. Soitx >0fixé.

PourX >0, on intègre par partie :

X 0e -xtcostx dt=?e-xtsintx X 0 X

0e-xtsintdt=e-xXsinXx

X→+∞0+?

X

0e-xtsintdt

J"insiste lourdement : il ne s"agitpasdef?(x)etg(x)pour l"instant! Donc en passant à la limite pourX→+∞: f

?(x) =-g(x)5)Les questions de calculs d"intégrales ne sont jamais complètement affreuses. On peut s"en sortir par une IPP,

mais le calcul direct comme en sup marche ausis.

Soitx >0.f?(x) =-?

0e-xtsintdt, c"est donc la partie imaginaire de l"intégrale dee-xteit=

e

(-x+i)t, que l"on peut sortir de l"intégrale par linéarité et continuité de la partie imaginaire. De plus

0e(-x+i)tdt=?e(-x+i)t-x+i?

0 =1-x+i 2 DST3Il ne reste plus qu"à prendre la partie imaginaire de

1-x+i=-x-i(-x+i)(-x-i)=-x-i1 +x2:

f ?(x) =-11 +x26)Au 2), nous avions montré (à l"aide du 1)) que? ????e -xtsintt ????6e-xt. Donc |f(x)|6? 0? ????e -xtsintt ????dt6?

0e-xtdt=1x

----→x→+∞0

Par majoration,limx→+∞f(x) = 0.

Jusqu"ici, le sujet pose les mêmes questions que l"exercice 28. Transformée de Laplace...No comment.

7)D"après 5),fest une primitive1de-11 +x2, donc de la formeK-Arctanx.

De plus, d"après 6),limx→+∞f(x) = 0 =K-π2 , doncK=π2 . Ainsi, ?x >0, f(x) =π2 -Arctanx8)a) Ceci relevait, pour vous, de la question de cours.

Étude ent= 0:

sintt ≂tt = 1donct?→sintt est prolongeable par continuité, et par conséquent intégrable en0. Étude ent= +∞: SoitT >1. Effectuons une intégration par parties. T

1sintt

dt=?costt T 1 T

1costt

2dt

Or, commecosest bornée,limT→+∞?

cosTT -cos1? = cos1et donc existe.

De plus

????costt 2? ???61t

2qui est intégrable en+∞d"après Riemann, donc par majoration?

1costt

2dt est absolument convergente.

Conclusion.limT→+∞?

T

1sintt

dtexiste : L"intégrale?

0sintt

dtconvergeb)La fonction?estC1comme composée de fonctionsC1sur]0,+∞[, et??(t) =-1 + (t+ 1)e-tt

2.

Au voisinage det= 0,?(t) =1-e-tt

=1-1 +t+o(t)t ≂1donclimt→0?(t)existe et vaut1.

De même

2,??(t) =-1 + 1-t+t22

+t-t2+o(t2)t

2≂ -12

Donc, d"après le théorème du prolongementC1,

?est prolongeable par?(0) = 1en une fonctionC1surR.c)On effectue le changement de variableu=xt, sans problème vu quex?= 0.

d)D"après b),?estC1sur[0,+∞[, on peut donc effectuer une intégration par partie (X >0) : X

0?(u)sin?ux

du=? -?(u)xcos?ux ?X 0 X

0??(u)xcos?ux

du1.Vous savez, le truc défini à uneCONSTANTEprès

2. Vous avez fait largement pire comme DL...

3

DST3De plus,

?????(X)cos?Xx ????6? ??1-e-X???X -----→X→+∞0, donc? -?(u)xcos?ux ?X 0 -----→X→+∞?(0)x=x. LorsqueX→+∞, l"intégrale du membre de gauche esth(x) =α-f(x), qui est donc une intégrale convergente comme combinaison linéaire d"intégrales convergentes. De plus, le crochet converge (ci-dessus, versx), donc l"intégrale du membre de droite converge aussi, et il vient?+∞

0?(u)sin?ux

du=x+x?

0??(u)cos?ux

due)On veut une constanteK, c"est-à-dire qu"on veut se débarrasser duxqui traîne dans l"intégrale.

Pour toutu >0,|u2??(u)|=| -1 + (u+ 1)e-u|61 + (1 +u)e-u----→u→+∞1. Donc, par définition de la limite (pourε= 1), il existeu0>0tel que pour toutu>u0,

06u2??(u)62, puis06??(u)62u

2, qui est intégrable en+∞d"après Riemann (α= 2>1).

Ainsi,??intégrable sur[0,+∞[, donc

0??(u)cos?ux

du????6? 0?quotesdbs_dbs13.pdfusesText_19
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