Cours en ligne Maths en Maths Spé
Chapitres Maths en MP, PSI, PC, TSI, PT
Cours en ligne Maths en Maths Spé
Chapitres Maths en MP, PSI, PC, TSI, PT
Cours Intégrales à paramètre MP, PC, PSI, PT
Résumé de cours Exercices et corrigés
Résumé de cours et méthodes – Intégrales à paramètres
I- Continuité des intégrales à paramètres en maths spé
1.1. Continuité
Soient un intervalle de et soit une partie non vide d’un espace vectoriel de dimension finie.
Soit .
(a) si pour tout , est continue par morceaux sur
(b) si pour tout , est continue sur
(c) s’il existe une fonction , continue par morceaux sur et intégrable sur telle que ,
Conclusion
la fonction est définie sur et continue en .
Pour la continuité en un point :
Soit un intervalle de et soit une partie non vide d’un espace vectoriel de dimension finie et .
Soit .
(a)si pour tout , est continue par morceaux sur .
(b) si pour tout , est continue en
(c) s’il existe un voisinage de et une fonction , continue par morceaux sur et intégrable sur telle que ,
Conclusion
la fonction est définie sur et continue en .
Dans la plupart des exercices, est un intervalle et on peut utiliser la forme énoncée dans le sous-paragraphe suivant.
1.2. Cas général
Soit un intervalle de et soit un intervalle de .
Soit .
(a) si pour tout , est continue par morceaux sur
(b) si pour tout , est continue sur
(c) hypothèse de domination globale
s’il existe une fonction , continue par morceaux et intégrable sur , telle que ,
ou
(c’) hypothèse de domination locale
si pour tout segment inclus dans , il existe une fonction , continue par morceaux sur et intégrable sur , telle que ,
Conclusion :
la fonction est définie et continue sur .
Lorsque l’intervalle est ouvert ou non borné, il est courant de raisonner par domination locale.
Important : si est continue sur , les hypothèses de continuité contenues dans (a) et (b) sont vérifiées.
1.3. Cas particulier
Soit un segment de et soit un intervalle de .
Soit continue.
La fonction
est continue sur .
1.4. Exemple : la fonction
.
Retrouver le domaine de définition de la fonction .
Démontrer qu’elle est continue.
UN PROF DE MATHS POUR EXCELLER
La pratique et la compréhension
clés de la réussite
Cours de maths en ligne ou à domicile
Avis Google France ★★★★★ 4,9 sur 5
2. Dérivabilité des intégrales à paramètres
2.1. Cas général
Soient et deux intervalles de .
Soit .
Hypothèses :
(a) si pour tout , est continue par morceaux et intégrable sur ,
(b) si pour tout , est de classe sur ,
(c) si pour tout , est continue par morceaux sur ,
(d) hypothèse de domination globale
s’il existe une fonction , continue par morceaux sur et intégrable sur , telle que
ou
(d’) hypothèse de domination locale
si pour tout segment inclus dans , il existe une fonction , continue par morceaux sur et intégrable sur telle que
Conclusion :
pour tout , la fonction est intégrable sur
la fonction , définie sur par , est de classe sur ,
et .
👍 Si est de classe sur , les hypothèses de continuité contenues dans (a), (b) et (c) sont vérifiées. (nécessite le cours sur les fonctions de plusieurs variables).
2.2. Cas particulier
Soit un segment de et soit un intervalle de .
Soit continue telle que la fonction est définie et continue sur .
est de classe sur et .
3. Généralisation aux fonctions de classe – intégrales à paramètres
3.1. Théorème
Présentation avec une domination locale :
Soient et deux intervalles de .
Soit .
On considère .
Hypothèses
si pour tout , est de classe sur ,
si pour tout , et les fonctions où sont continues par morceaux et intégrables sur ,
si pour tout , est continue par morceaux sur et si pour tout segment inclus dans , il existe une fonction continue par morceaux et intégrable sur telle que
,
conclusion
pour tout , la fonction est intégrable sur
la fonction , définie sur par , est de classe sur et ,
.
3.2. Application à la fonction .
Montrer que la fonction est de classe sur .
Pour réussir en Maths Spé, il est important de revenir régulièrement sur l’ensemble des chapitres de maths au programme de Maths en Maths Spé. Les cours en ligne de PT en Maths, les cours en ligne de Maths en PC, ou les cours en ligne de Maths en PSI ou encore les cours en ligne de Maths en MP, permettent aux étudiants de pouvoir revoir les grandes notions de cours rapidement et efficacement.
4. Étude d’une intégrale à paramètre
On se place dans le cas où .
M1. Comment donner le domaine de définition de ?
Il s’agit de déterminer l’ensemble des tels que la fonction soit intégrable sur . Attention est la variable d’intégration et est un paramètre.
M2. On étudie la continuité de sur , en utilisant le paragraphe I.
M3. Si l’on demande d’étudier la monotonie de en demandant seulement dans une question située plus loin de prouver que est dérivable : on prend dans et on étudie le signe de en étudiant le signe sur de la fonction .
Exercice
Soit .
Domaine de définition et sens de variation de .
M4. On démontre que la fonction est de classe en utilisant le § 2, de classe en utilisant le § 3.
Dans certains cas, il est possible de calculer l’intégrale définissant et d’en déduire par intégration la fonction , en déterminant la constante d’intégration.
M5. Pour déterminer la limite de la fonction en une des bornes de :
M5.1. Il est parfois possible d’encadrer par deux fonctions admettant même limite en , ou de minorer par une fonction qui tend vers en , ou de la majorer par une fonction qui tend vers en .
M5.2. On applique la généralisation du théorème de convergence dominée.
On se place sur un intervalle de borne . On vérifie que :
… pour tout est continue par morceaux sur ,
… pour tout admet une limite en notée et que la fonction est continue par morceaux sur .
… On cherche une fonction continue par morceaux et intégrable sur telle que .
Alors admet une limite en et .
Exercice
Si , . Déterminer les limites aux bornes de la fonction .
M6. Dans quelques cas particuliers, on peut ramener l’étude de à l’étude d’une fonction de la forme .
Exemple 1 🧡
Si
où est continue sur .
Dérivée de .
Exemple 2
où est continue sur . Dérivabilité de .
COURS DE MATHS
Nous avons recruté pour vous les meilleurs professeurs particuliers de maths
S'EXERCER ET APPRENDRE
Avis Google France ★★★★★ 4,8 sur 5
5. Fin de l’étude de la fonction
On a déjà prouvé que est de classe sur (on pourrait démontrer qu’elle est ).
Dans le chapitre Intégration sur un intervalle quelconque, on a prouvé que
pour tout .
pour tout .
Signe de .
Comme tout (car on intègre une fonction continue positive ou nulle est différente de la fonction nulle), est strictement croissante sur .
Comme , le théorème de Rolle assure l’existence de tel que .
La stricte croissance de assure que si et si .
La fonction est strictement croissante et s’annule en .
est strictement décroissante sur et strictement croissante sur .
On peut démontrer que et .
Étude aux bornes :
En utilisant la continuité de en 1, et la relation ,
,
ce qui donne .
La courbe admet une asymptote d’équation .
Soit et la partie entière de .
Par croissance de sur , donc
.
Cette minoration donne :
et .
La courbe représentative de admet une branche parabolique de direction .
La fonction est convexe.
6. Autres types de fonctions définies avec une intégrale
On se place dans le cas où est définie par , étant continue.
6.1. Domaine de définition.
On cherche le domaine de définition de . On suppose dans la suite que est continue sur .
Puis on détermine l’ensemble des tels que et soient définis et tels que le segment d’extrémités et soit inclus dans un intervalle sur lequel est continue.
On note le domaine de définition de .
⚠️ : les domaines et peuvent être distincts.
exemple , est continue sur .
Trouver le domaine de définition de .
6.2. Comment trouver la limite de lorsque et ont même limite et où ?
Hypothèses :
, et
M1. On cherche un équivalent simple noté de lorsque tend vers . On note .
On démontre que est prolongeable par continuité en . On détermine un intervalle contenant sur lequel est continue et on introduit une primitive de sur . On vérifie que lorsque tend vers et en écrivant ,
on obtient
Il reste à trouver pour trouver la limite de en .
exemple :
Limite en de .
M2. On peut aussi chercher à encadrer et en déduire un encadrement de par deux fonctions ayant même limite.
Exemple :
Appliquer une méthode d’encadrement à pour en retrouver la limite en .
M3. Si est intégrable sur ou sur où ( est le domaine de continuité de ), on note et on écrit .
Quand tend vers , comme et admettent pour limite, admet pour limite lorsque tend vers .
exemple :
Trouver le domaine de définition et étudier la limite de aux bornes.
6.3. Calcul de la dérivée.
Introduire une primitive de sur un intervalle à préciser et écrire ; dériver alors les fonctions composées ainsi obtenues.
exemple :
Dérivée de la fonction définie par si et .
6.4. Comment trouver la limite de en lorsque et tendent vers ?
Hypothèses : où
M1. Lorsque la fonction est monotone, on encadre entre et (il faut faire attention à la position relative des réels ) et ), puis on intègre entre ) et (toujours en faisant attention à la position relative de et ), de façon à obtenir un encadrement de .
On saura trouver la limite de
lorsque les deux fonctions encadrant ont même limite,
ou lorsqu’on a minoré par une fonction admettant pour limite en
ou lorsqu’on a majoré par une fonction admettant pour limite en
exemple : Soit et .
Déterminer les limites de en .
M2. S’il existe tel que soit intégrable sur (resp. sur ), on note ).
On écrit que ; ) admet pour limite si et tendent vers
(resp. si et tendent vers ).
exemple : . Étude de la limite en .
6.5. Lorsqu’une seule des bornes tend vers
Par exemple sous les hypothèses :
et ,
cela revient à chercher si l’intégrale ou converge.
exemple : Étude des limites de où en et .
Lors de vos révisions de cours ou lors de votre préparation aux concours, n’hésitez pas à revoir plusieurs chapitres de Maths afin de vérifier réellement votre niveau de connaissances et d’identifier d’éventuelles lacunes. Vous pouvez par exemple, à la suite de ce cours, revenir sur les chapitres en cours de maths particuliers :