Éducation nationale françaiseOption Mathématiques complémentairesTerminale générale19 min de lecture

Lintegration

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Lecture

5 chapitres

Un parcours éditorialisé et navigable.

Pratique

12 questions

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Objectif

Terminale générale

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Chapitre 1

Introduction à l'Intégration

Problème de l'aire sous une courbe

Historiquement, le concept d'intégration est né du désir de calculer l'aire d'une surface délimitée par une courbe, l'axe des abscisses et deux droites verticales. Pour les figures simples (rectangles, triangles), c'est facile. Mais pour des courbes complexes, cela devient un défi.

Pour résoudre ce problème, les mathématiciens ont eu l'idée d'approximer l'aire sous la courbe par une somme d'aires de rectangles.

  • Approximation par rectangles : On divise l'intervalle [a,b][a, b] en nn sous-intervalles de même largeur Δx=ban\Delta x = \frac{b-a}{n}. Sur chaque sous-intervalle, on construit un rectangle dont la hauteur est la valeur de la fonction à un point choisi (par exemple, le point le plus à gauche, le plus à droite ou le milieu).

    • Si on prend la hauteur au début du sous-intervalle, on parle de somme de Riemann inférieure.
    • Si on prend la hauteur à la fin du sous-intervalle, on parle de somme de Riemann supérieure.
  • Sommes de Riemann : Ce sont les sommes des aires de ces rectangles. Plus le nombre de rectangles nn est grand (et donc plus Δx\Delta x est petit), meilleure est l'approximation de l'aire réelle.

    • Exemple de somme de Riemann : i=1nf(xi)Δx\sum_{i=1}^{n} f(x_i^*) \Delta x, où xix_i^* est un point choisi dans le ii-ème sous-intervalle.
  • Limite des sommes : L'idée géniale est de considérer ce qui se passe lorsque le nombre de rectangles tend vers l'infini (nn \to \infty). Dans ce cas, la largeur de chaque rectangle Δx\Delta x tend vers zéro. La somme des aires des rectangles tend alors vers l'aire exacte sous la courbe. Aire=limni=1nf(xi)Δx\text{Aire} = \lim_{n \to \infty} \sum_{i=1}^{n} f(x_i^*) \Delta x Cette limite, lorsqu'elle existe, est ce que l'on appelle l'intégrale définie.

Définition de l'intégrale d'une fonction continue

L'intégrale définie d'une fonction ff continue et positive sur un intervalle [a,b][a, b] est l'aire de la région délimitée par la courbe de ff, l'axe des abscisses et les droites verticales x=ax=a et x=bx=b.

  • Notation \int : L'intégrale définie est notée abf(x)dx\int_a^b f(x) dx.

    • Le symbole \int est une S stylisée, rappelant la "somme" des aires infiniment petites.
    • aa et bb sont les bornes d'intégration.
    • f(x)f(x) est la fonction intégrée (ou intégrand).
    • dxdx indique que l'intégration se fait par rapport à la variable xx. C'est l'équivalent de notre Δx\Delta x lorsque sa taille devient infinitésimale.
  • Fonction continue sur un intervalle : Pour que l'intégrale définie existe, la fonction ff doit être continue sur l'intervalle d'intégration [a,b][a, b]. La continuité garantit que la limite des sommes de Riemann existe et est unique.

    • Si f(x)0f(x) \ge 0 sur [a,b][a, b], alors abf(x)dx\int_a^b f(x) dx représente l'aire sous la courbe.
    • Si f(x)0f(x) \le 0 sur [a,b][a, b], alors abf(x)dx\int_a^b f(x) dx est l'opposé de l'aire entre la courbe et l'axe des abscisses.
    • Si f(x)f(x) change de signe, l'intégrale représente une "aire algébrique" (la somme des aires positives moins la somme des aires négatives).

Propriétés de l'intégrale

L'intégrale définie possède plusieurs propriétés importantes qui simplifient les calculs.

  • Linéarité : L'intégration est une opération linéaire.

    • Pour toutes fonctions continues ff et gg sur [a,b][a, b], et pour tout réel kk :
      1. ab(f(x)+g(x))dx=abf(x)dx+abg(x)dx\int_a^b (f(x) + g(x)) dx = \int_a^b f(x) dx + \int_a^b g(x) dx (additivité)
      2. abkf(x)dx=kabf(x)dx\int_a^b k \cdot f(x) dx = k \cdot \int_a^b f(x) dx (homogénéité)
    • En d'autres termes, on peut séparer les sommes et sortir les constantes multipliées.
  • Relation de Chasles : Cette propriété est très utile pour découper un intervalle d'intégration.

    • Pour toute fonction continue ff sur un intervalle II et pour tous réels a,b,cIa, b, c \in I : acf(x)dx=abf(x)dx+bcf(x)dx\int_a^c f(x) dx = \int_a^b f(x) dx + \int_b^c f(x) dx
    • L'ordre des bornes n'a pas d'importance : abf(x)dx=baf(x)dx\int_a^b f(x) dx = - \int_b^a f(x) dx. Si a=ba=b, alors aaf(x)dx=0\int_a^a f(x) dx = 0.
  • Positivité et comparaison :

    • Positivité : Si f(x)0f(x) \ge 0 pour tout x[a,b]x \in [a, b] avec aba \le b, alors abf(x)dx0\int_a^b f(x) dx \ge 0.
    • Monotonie (Comparaison) : Si f(x)g(x)f(x) \le g(x) pour tout x[a,b]x \in [a, b] avec aba \le b, alors abf(x)dxabg(x)dx\int_a^b f(x) dx \le \int_a^b g(x) dx.
    • Encadrement : Si mf(x)Mm \le f(x) \le M pour tout x[a,b]x \in [a, b] avec aba \le b, alors m(ba)abf(x)dxM(ba)m(b-a) \le \int_a^b f(x) dx \le M(b-a). Cette propriété est à la base du calcul de la valeur moyenne.

Chapitre 2

Primitives et Théorème Fondamental

Définition d'une primitive

Une primitive d'une fonction ff sur un intervalle II est une fonction FF telle que pour tout xIx \in I, la dérivée de FF est égale à f(x)f(x). F(x)=f(x)F'(x) = f(x)

  • Fonction dérivable : Pour que FF soit une primitive de ff, FF doit être dérivable sur l'intervalle II.
  • Dérivée inverse : Trouver une primitive, c'est en quelque sorte "faire l'opération inverse de la dérivation". C'est pourquoi on parle aussi d'intégration indéfinie pour désigner la recherche de primitives.
  • Constante d'intégration : Si FF est une primitive de ff, alors F(x)+CF(x) + C est aussi une primitive de ff pour toute constante réelle CC. En effet, la dérivée d'une constante est 0.
    • Donc, une fonction donnée possède une infinité de primitives, qui diffèrent toutes d'une constante. C'est pourquoi on écrit souvent f(x)dx=F(x)+C\int f(x) dx = F(x) + C.

Existence et unicité des primitives

  • Théorème d'existence : Toute fonction continue sur un intervalle II admet des primitives sur cet intervalle. C'est un résultat fondamental qui assure que nous pouvons toujours trouver des primitives pour les fonctions courantes.

  • Famille de primitives : Comme mentionné, si F1F_1 et F2F_2 sont deux primitives d'une même fonction ff sur un intervalle II, alors il existe une constante réelle CC telle que F1(x)=F2(x)+CF_1(x) = F_2(x) + C pour tout xIx \in I. Toutes les primitives d'une fonction diffèrent d'une constante.

  • Condition initiale : Pour déterminer une primitive unique parmi la famille de primitives, on a besoin d'une condition initiale. Par exemple, si on sait que F(x0)=y0F(x_0) = y_0 pour un certain point (x0,y0)(x_0, y_0), alors la constante CC est déterminée de manière unique.

    • Exemple : Trouver la primitive FF de f(x)=2xf(x) = 2x telle que F(1)=5F(1) = 5.
      • Les primitives de f(x)=2xf(x) = 2x sont F(x)=x2+CF(x) = x^2 + C.
      • Avec la condition F(1)=5F(1) = 5, on a 12+C=51^2 + C = 5, donc 1+C=51 + C = 5, ce qui donne C=4C=4.
      • La primitive unique est F(x)=x2+4F(x) = x^2 + 4.

Théorème fondamental de l'analyse

C'est LE lien crucial entre la dérivation et l'intégration, et il est essentiel pour le calcul des intégrales définies.

  • Lien intégrale-primitive : Si ff est une fonction continue sur un intervalle [a,b][a, b] et si FF est une primitive de ff sur cet intervalle, alors l'intégrale définie de ff de aa à bb est donnée par : abf(x)dx=F(b)F(a)\int_a^b f(x) dx = F(b) - F(a) Cette formule est souvent notée [F(x)]ab=F(b)F(a)[F(x)]_a^b = F(b) - F(a).

  • Calcul de l'intégrale définie : Ce théorème transforme le problème de l'intégration (somme de rectangles) en un problème de recherche de primitive. Au lieu de calculer une limite complexe, il suffit de trouver une primitive de la fonction et d'évaluer cette primitive aux bornes.

    • Exemple : Calculer 12x2dx\int_1^2 x^2 dx.
      • Une primitive de f(x)=x2f(x) = x^2 est F(x)=x33F(x) = \frac{x^3}{3}.
      • Donc, 12x2dx=[x33]12=233133=8313=73\int_1^2 x^2 dx = \left[\frac{x^3}{3}\right]_1^2 = \frac{2^3}{3} - \frac{1^3}{3} = \frac{8}{3} - \frac{1}{3} = \frac{7}{3}.
  • Formule de Leibniz-Newton : C'est le nom donné à cette formule fondamentale. Elle est capitale car elle montre que les deux branches du calcul (différentiel et intégral) sont intrinsèquement liées.

Primitives des fonctions usuelles

Pour appliquer le théorème fondamental, il est indispensable de connaître les primitives des fonctions de base. Il faut connaître ce tableau par cœur !

Fonction f(x)f(x)Primitive F(x)F(x)Conditions
kk (constante)kx+Ckx + C
xnx^nxn+1n+1+C\frac{x^{n+1}}{n+1} + Cn1n \ne -1
1x\frac{1}{x}$\lnx
exe^xex+Ce^x + C
cos(x)\cos(x)sin(x)+C\sin(x) + C
sin(x)\sin(x)cos(x)+C-\cos(x) + C
1cos2(x)\frac{1}{\cos^2(x)}tan(x)+C\tan(x) + Cxπ2+kπx \ne \frac{\pi}{2} + k\pi
1x\frac{1}{\sqrt{x}}2x+C2\sqrt{x} + Cx>0x > 0

Important : Le " +C+ C" est essentiel pour les primitives, mais il disparaît lors du calcul d'une intégrale définie car F(b)+C(F(a)+C)=F(b)F(a)F(b)+C - (F(a)+C) = F(b)-F(a).

Chapitre 3

Techniques de Calcul d'Intégrales

Intégration par lecture inverse des dérivées

C'est la technique la plus simple et la plus courante. Elle consiste à reconnaître des formes dérivées connues et à "remonter" à la fonction d'origine.

  • Formes uunu'u^n : Si la fonction est de la forme u(x)[u(x)]nu'(x) [u(x)]^n, sa primitive est [u(x)]n+1n+1+C\frac{[u(x)]^{n+1}}{n+1} + C, pour n1n \ne -1.

    • Exemple : 2x(x2+1)3dx\int 2x(x^2+1)^3 dx. Ici u(x)=x2+1u(x) = x^2+1, donc u(x)=2xu'(x) = 2x. On a la forme uu3u'u^3.
      • Primitive : (x2+1)44+C\frac{(x^2+1)^4}{4} + C.
  • Formes u/uu'/u : Si la fonction est de la forme u(x)u(x)\frac{u'(x)}{u(x)}, sa primitive est lnu(x)+C\ln|u(x)| + C.

    • Exemple : 2xx2+1dx\int \frac{2x}{x^2+1} dx. Ici u(x)=x2+1u(x) = x^2+1, u(x)=2xu'(x) = 2x. On a la forme u/uu'/u.
      • Primitive : ln(x2+1)+C\ln(x^2+1) + C (pas besoin de valeur absolue car x2+1>0x^2+1 > 0).
  • Formes ueuu'e^u : Si la fonction est de la forme u(x)eu(x)u'(x) e^{u(x)}, sa primitive est eu(x)+Ce^{u(x)} + C.

    • Exemple : 2xex2dx\int 2x e^{x^2} dx. Ici u(x)=x2u(x) = x^2, u(x)=2xu'(x) = 2x. On a la forme ueuu'e^u.
      • Primitive : ex2+Ce^{x^2} + C.

Ces formules sont très puissantes et couvrent un grand nombre de cas. Il faut s'entraîner à les reconnaître !

Intégration par parties (IPP)

L'intégration par parties est une technique cruciale pour intégrer des produits de fonctions ou des fonctions dont la primitive n'est pas évidente (comme lnx\ln x ou arctanx\arctan x). Elle est basée sur la formule de dérivation d'un produit : (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv'.

  • Formule de l'IPP : En intégrant les deux côtés de (uv)=uv+uv(uv)' = u'v + uv', on obtient : (uv)dx=uvdx+uvdx\int (uv)' dx = \int u'v dx + \int uv' dx uv=vdu+udvuv = \int v du + \int u dv En réarrangeant, on obtient la formule de l'IPP (pour les intégrales indéfinies) : u(x)v(x)dx=u(x)v(x)u(x)v(x)dx\int u(x) v'(x) dx = u(x) v(x) - \int u'(x) v(x) dx Pour les intégrales définies : abu(x)v(x)dx=[u(x)v(x)]ababu(x)v(x)dx\int_a^b u(x) v'(x) dx = [u(x) v(x)]_a^b - \int_a^b u'(x) v(x) dx

  • Choix de uu et vv' : Le succès de l'IPP dépend du bon choix de u(x)u(x) et v(x)v'(x). L'objectif est de rendre l'intégrale u(x)v(x)dx\int u'(x) v(x) dx plus simple à calculer que l'intégrale de départ.

    • Règle mnémonique (LIATE) : Pour choisir uu, on privilégie dans l'ordre :
      1. Logarithmique (lnx\ln x)
      2. Inverse trigonométrique (arctanx\arctan x)
      3. Algébrique (xnx^n)
      4. Trigonométrique (sinx,cosx\sin x, \cos x)
      5. Exponentielle (exe^x)
    • C'est généralement uu qui est la fonction qui se "simplifie" par dérivation, et vv' celle dont on sait trouver facilement une primitive.
  • Applications typiques :

    • xexdx\int x e^x dx (choisir u=xu=x, v=exv'=e^x)
    • lnxdx\int \ln x dx (choisir u=lnxu=\ln x, v=1v'=1)
    • xcosxdx\int x \cos x dx (choisir u=xu=x, v=cosxv'=\cos x)

Changement de variable simple

Cette technique consiste à transformer l'intégrale en une nouvelle intégrale avec une nouvelle variable, souvent plus simple à calculer.

  • Substitution : Si l'on a une intégrale de la forme f(g(x))g(x)dx\int f(g(x)) g'(x) dx, on peut poser u=g(x)u = g(x). Alors du=g(x)dxdu = g'(x) dx. L'intégrale devient f(u)du\int f(u) du.

    • C'est en fait la généralisation des formes uunu'u^n, u/uu'/u, ueuu'e^u.
  • Modification des bornes : Si l'intégrale est définie, il est crucial de changer les bornes d'intégration en fonction de la nouvelle variable uu.

    • Si x=ax=a, alors u=g(a)u = g(a).
    • Si x=bx=b, alors u=g(b)u = g(b).
    • L'intégrale devient g(a)g(b)f(u)du\int_{g(a)}^{g(b)} f(u) du.
  • Intégrales définies et indéfinies :

    • Pour les intégrales indéfinies, après avoir calculé f(u)du=F(u)+C\int f(u) du = F(u) + C, on remplace uu par g(x)g(x) pour revenir à la variable d'origine : F(g(x))+CF(g(x)) + C.

    • Pour les intégrales définies, une fois les bornes changées, on calcule l'intégrale en uu et on évalue aux nouvelles bornes. Il n'est pas nécessaire de revenir à la variable xx.

    • Exemple : Calculer 01(2x+1)3dx\int_0^1 (2x+1)^3 dx.

      • Posons u=2x+1u = 2x+1. Alors du=2dxdu = 2 dx, donc dx=12dudx = \frac{1}{2} du.
      • Changement des bornes :
        • Si x=0x=0, u=2(0)+1=1u = 2(0)+1 = 1.
        • Si x=1x=1, u=2(1)+1=3u = 2(1)+1 = 3.
      • L'intégrale devient 13u3(12du)=1213u3du\int_1^3 u^3 \left(\frac{1}{2} du\right) = \frac{1}{2} \int_1^3 u^3 du.
      • 12[u44]13=12(344144)=12(81414)=12804=1220=10\frac{1}{2} \left[\frac{u^4}{4}\right]_1^3 = \frac{1}{2} \left(\frac{3^4}{4} - \frac{1^4}{4}\right) = \frac{1}{2} \left(\frac{81}{4} - \frac{1}{4}\right) = \frac{1}{2} \cdot \frac{80}{4} = \frac{1}{2} \cdot 20 = 10.

Chapitre 4

Applications de l'Intégration

Calcul d'aires planes

C'est l'application la plus intuitive et directe de l'intégrale définie.

  • Aire entre une courbe et l'axe des abscisses :

    • Si f(x)0f(x) \ge 0 sur [a,b][a, b], l'aire est A=abf(x)dxA = \int_a^b f(x) dx.
    • Si f(x)0f(x) \le 0 sur [a,b][a, b], l'aire est A=abf(x)dx=abf(x)dxA = - \int_a^b f(x) dx = \int_a^b |f(x)| dx.
    • Si f(x)f(x) change de signe sur [a,b][a, b], il faut découper l'intervalle en sous-intervalles où f(x)f(x) garde un signe constant et sommer les aires positives.
      • L'aire est toujours une valeur positive. Si le calcul direct de l'intégrale donne un résultat négatif, c'est que la courbe est sous l'axe des abscisses.
  • Aire entre deux courbes : L'aire AA entre les courbes de deux fonctions f(x)f(x) et g(x)g(x) sur un intervalle [a,b][a, b] est donnée par : A=abf(x)g(x)dxA = \int_a^b |f(x) - g(x)| dx

    • Si f(x)g(x)f(x) \ge g(x) sur [a,b][a, b], alors A=ab(f(x)g(x))dxA = \int_a^b (f(x) - g(x)) dx.
    • Il est souvent utile de tracer les courbes pour déterminer quelle fonction est "au-dessus" de l'autre. Les points d'intersection des courbes sont les bornes d'intégration.
  • Unités d'aire : L'aire est exprimée en "unités d'aire" (u.a.) qui dépendent des unités choisies pour les axes. Si l'unité sur l'axe des abscisses est 1 cm et sur l'axe des ordonnées est 1 cm, alors 1 u.a. = 1 cm2^2.

Valeur moyenne d'une fonction

L'intégrale permet de calculer la valeur moyenne d'une fonction continue sur un intervalle.

  • Définition de la valeur moyenne : Pour une fonction ff continue sur [a,b][a, b], sa valeur moyenne fˉ\bar{f} (ou mm) est donnée par : fˉ=1baabf(x)dx\bar{f} = \frac{1}{b-a} \int_a^b f(x) dx

  • Interprétation graphique : La valeur moyenne fˉ\bar{f} est la hauteur du rectangle de base (ba)(b-a) qui a la même aire que l'aire sous la courbe de ff sur l'intervalle [a,b][a, b].

    • Il existe toujours un point c[a,b]c \in [a, b] tel que f(c)=fˉf(c) = \bar{f} (Théorème de la moyenne).
  • Applications physiques :

    • Température moyenne sur une période.
    • Vitesse moyenne d'un objet dont la vitesse varie.
    • Puissance électrique moyenne.

Calcul de volumes (solides de révolution)

L'intégration peut être utilisée pour calculer le volume de solides complexes, notamment les solides de révolution. Un solide de révolution est obtenu en faisant tourner une surface plane autour d'un axe.

  • Méthode des disques : Si une région plane délimitée par y=f(x)y = f(x), l'axe des abscisses, x=ax=a et x=bx=b tourne autour de l'axe des abscisses, le volume du solide de révolution est donné par : V=πab[f(x)]2dxV = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx On somme les volumes de disques infinitésimaux de rayon f(x)f(x) et d'épaisseur dxdx.

  • Rotation autour d'un axe :

    • Autour de l'axe des abscisses : V=πab[f(x)]2dxV = \pi \int_a^b [f(x)]^2 dx.
    • Autour de l'axe des ordonnées (plus complexe, nécessite une inversion de la fonction ou la méthode des cylindres).
  • Formules spécifiques : Des formules similaires existent pour la rotation de régions entre deux courbes ou autour d'autres axes. Par exemple, le volume d'une sphère peut être obtenu en faisant tourner un demi-cercle.

    • Exemple : Volume d'un cône de rayon RR et hauteur HH. Il est généré par la rotation de la droite y=RHxy = \frac{R}{H}x de x=0x=0 à x=Hx=H autour de l'axe des abscisses. V=π0H(RHx)2dx=πR2H20Hx2dx=πR2H2[x33]0H=πR2H2H33=13πR2HV = \pi \int_0^H \left(\frac{R}{H}x\right)^2 dx = \pi \frac{R^2}{H^2} \int_0^H x^2 dx = \pi \frac{R^2}{H^2} \left[\frac{x^3}{3}\right]_0^H = \pi \frac{R^2}{H^2} \frac{H^3}{3} = \frac{1}{3}\pi R^2 H

Chapitre 5

Intégrales et Suites Numériques

Comparaison intégrale-somme

Pour une fonction ff continue, positive et décroissante sur [n,+[[n, +\infty[, il existe un lien entre nn+1f(x)dx\int_n^{n+1} f(x) dx et f(n)f(n) ou f(n+1)f(n+1).

  • Encadrement d'une somme par des intégrales : Si ff est une fonction continue, positive et décroissante sur [n,N][n, N] (où n,Nn, N sont des entiers), alors : nN+1f(x)dxk=nNf(k)f(n)+nNf(x)dx\int_n^{N+1} f(x) dx \le \sum_{k=n}^N f(k) \le f(n) + \int_n^N f(x) dx Et plus précisément, pour tout entier n1n \ge 1: nn+1f(x)dxf(n)n1nf(x)dx(pour f deˊcroissante)\int_n^{n+1} f(x) dx \le f(n) \le \int_{n-1}^{n} f(x) dx \quad (\text{pour } f \text{ décroissante}) Si ff est continue, positive et croissante sur [n,N][n, N], alors : f(n)+nNf(x)dxk=nNf(k)n+1N+1f(x)dxf(n) + \int_n^N f(x) dx \le \sum_{k=n}^N f(k) \le \int_{n+1}^{N+1} f(x) dx

  • Estimation de sommes : Cet encadrement permet d'estimer des sommes difficiles à calculer directement, comme les sommes partielles de séries. C'est très utile pour des sommes de type k=1n1k\sum_{k=1}^n \frac{1}{k} (série harmonique) ou k=1n1k2\sum_{k=1}^n \frac{1}{k^2}.

  • Critère de convergence : Pour les séries à termes positifs, l'intégrale peut aider à déterminer la nature d'une série. Si a+f(x)dx\int_a^{+\infty} f(x) dx converge, alors f(k)\sum f(k) converge (sous certaines conditions de monotonie et positivité de f). C'est le critère de convergence intégrale.

Suites définies par des intégrales

Certaines suites sont définies par une intégrale qui dépend de nn. Par exemple, In=abfn(x)dxI_n = \int_a^b f_n(x) dx ou In=anf(x)dxI_n = \int_a^n f(x) dx ou In=01xnexdxI_n = \int_0^1 x^n e^x dx.

  • Calcul des premiers termes : Pour comprendre le comportement de la suite, il est souvent demandé de calculer les premiers termes I0,I1,I2I_0, I_1, I_2. Cela implique de calculer les intégrales pour des valeurs spécifiques de nn.

  • Étude de la monotonie : Pour étudier si la suite (In)(I_n) est croissante ou décroissante, on peut étudier le signe de In+1InI_{n+1} - I_n.

    • Exemple : Pour In=01xnexdxI_n = \int_0^1 x^n e^x dx, on a In+1In=01xn+1exdx01xnexdx=01(xn+1exxnex)dx=01xnex(x1)dxI_{n+1} - I_n = \int_0^1 x^{n+1} e^x dx - \int_0^1 x^n e^x dx = \int_0^1 (x^{n+1} e^x - x^n e^x) dx = \int_0^1 x^n e^x (x-1) dx.
      • Sur [0,1][0, 1], xnex0x^n e^x \ge 0 et (x1)0(x-1) \le 0. Donc l'intégrand est négatif ou nul.
      • Par positivité de l'intégrale (ici sur un intervalle où l'intégrand est négatif), In+1In0I_{n+1} - I_n \le 0. La suite (In)(I_n) est donc décroissante.
  • Convergence de la suite : Pour étudier la convergence d'une suite (In)(I_n), on peut utiliser plusieurs méthodes :

    • Encadrement : Trouver deux suites convergentes qui encadrent (In)(I_n) (théorème des gendarmes).
    • Monotonie et bornes : Si la suite est monotone et bornée, elle converge.
    • Calcul direct de la limite : Parfois, il est possible de calculer directement limnIn\lim_{n \to \infty} I_n.
    • IPP réitérée : Dans certains cas (comme les intégrales de Wallis ou de fonctions puissances et exponentielles/trigonométriques), une IPP peut donner une relation de récurrence entre InI_n et In1I_{n-1} ou In2I_{n-2}, qui aide à l'étude de la convergence.

L'intégration est un outil polyvalent et puissant, indispensable pour qui veut comprendre le monde quantitatif. Maîtriser ses calculs et ses applications est une compétence clé en mathématiques.

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