Terminale Analyse intégraleaireprimitivesintégration par parties

Calcul intégral

Intégrale définie, interprétation comme aire, propriétés et intégration par parties en Terminale.

Définition

Si ff est continue sur [a,b][a,b] et FF une primitive de ff :

abf(x)dx=F(b)F(a)=[F(x)]ab\boxed{\int_a^b f(x)\,dx = F(b) - F(a) = \Big[F(x)\Big]_a^b}

Interprétation : Si f0f \geq 0 sur [a,b][a,b], abf(x)dx\displaystyle\int_a^b f(x)\,dx est l’aire sous la courbe entre aa et bb.

Exemple : 02x2dx=[x33]02=832,67\displaystyle\int_0^2 x^2\,dx = \left[\frac{x^3}{3}\right]_0^2 = \frac{8}{3} \approx 2{,}67 (aire hachurée ci-dessous)


Propriétés

aaf=0abf=baf\int_a^a f = 0 \qquad \int_a^b f = -\int_b^a f

ab(f+g)=abf+abgabλf=λabf\int_a^b (f+g) = \int_a^b f + \int_a^b g \qquad \int_a^b \lambda f = \lambda \int_a^b f

abf=acf+cbf(relation de Chasles)\int_a^b f = \int_a^c f + \int_c^b f \quad \text{(relation de Chasles)}


Inégalité de la moyenne

Si mf(x)Mm \leq f(x) \leq M sur [a,b][a,b] :

m(ba)abf(x)dxM(ba)m(b-a) \leq \int_a^b f(x)\,dx \leq M(b-a)

Valeur moyenne de ff sur [a,b][a,b] :

μ=1baabf(x)dx\mu = \frac{1}{b-a}\int_a^b f(x)\,dx


Exemples de calcul

Exemple 1 : 13(2x+1)dx=[x2+x]13=(9+3)(1+1)=10\displaystyle\int_1^3 (2x+1)\,dx = \Big[x^2+x\Big]_1^3 = (9+3)-(1+1) = 10

Exemple 2 : 01e2xdx=[e2x2]01=e212\displaystyle\int_0^1 e^{2x}\,dx = \left[\frac{e^{2x}}{2}\right]_0^1 = \frac{e^2-1}{2}

Exemple 3 : 1e1xdx=[lnx]1e=10=1\displaystyle\int_1^e \frac{1}{x}\,dx = [\ln x]_1^e = 1 - 0 = 1


Intégration par parties

Si uu et vv sont dérivables :

abu(x)v(x)dx=[u(x)v(x)]ababu(x)v(x)dx\int_a^b u(x)v'(x)\,dx = \Big[u(x)v(x)\Big]_a^b - \int_a^b u'(x)v(x)\,dx

Mémo : choisir uu facile à dériver, vv' facile à intégrer.

Exemple : 01xexdx\displaystyle\int_0^1 x e^x\,dx

Poser u=xu = x, v=exv' = e^xu=1u' = 1, v=exv = e^x

=[xex]0101exdx=e[ex]01=e(e1)=1= \Big[x e^x\Big]_0^1 - \int_0^1 e^x\,dx = e - \Big[e^x\Big]_0^1 = e - (e-1) = 1


Aire entre deux courbes

L’aire entre ff et gg (avec fgf \geq g) sur [a,b][a,b] :

A=ab(f(x)g(x))dx\mathcal{A} = \int_a^b (f(x) - g(x))\,dx

Méthode : Identifier l’intervalle où fgf \geq g en résolvant f(x)=g(x)f(x) = g(x).