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1. Primitives d'une fonction

Définition

F est une primitive de f sur I si F'(x) = f(x) pour tout x ∈ I.

Si F est une primitive de f, alors toutes les primitives de f sont de la forme F(x) + C (C constante).

Primitives des fonctions usuelles
f(x)F(x) (primitive)
xⁿ (n≠−1)xⁿ⁺¹/(n+1) + C
1/xln|x| + C
cos xsin x + C
sin x−cos x + C
1/cos²xtan x + C
1/(2√x)√x + C
eˣ + C
Règles de primitives

Linéarité : primitive de αf+βg est αF+βG

Règle de la chaîne inversée : Primitive de f'(u)·u'(x) est f(u(x))

• Primitive de u'·uⁿ est uⁿ⁺¹/(n+1) (n≠−1)

2. Intégrale définie

Définition et notation

Si f est continue sur [a;b] et F est une primitive de f :

∫ₐᵇ f(x) dx = [F(x)]ₐᵇ = F(b) − F(a)

L'intégrale représente l'aire algébrique entre la courbe de f et l'axe Ox sur [a;b].

Propriétés des intégrales

• Linéarité : ∫(αf+βg) = α∫f + β∫g

• Relation de Chasles : ∫ₐᵇ f = ∫ₐᶜ f + ∫ᶜᵇ f

• ∫ₐᵃ f = 0 et ∫ₐᵇ f = −∫ᵦₐ f

• Si f ≥ 0 sur [a;b] : ∫ₐᵇ f ≥ 0 (et représente une aire positive)

Calcul d'une intégrale

∫₀² (x²+2x) dx = [x³/3 + x²]₀² = (8/3+4)−0 = 8/3+4 = 20/3

3. Calcul d'aires

Aire entre une courbe et l'axe Ox

Si f change de signe sur [a;b], on découpe l'intervalle en sous-intervalles où f ne change pas de signe :

Aire = ∫ₐᵇ |f(x)| dx = somme des ∫|f| sur chaque partie

Aire entre deux courbes

Aire entre f et g sur [a;b] (avec f ≥ g) :

Aire = ∫ₐᵇ [f(x) − g(x)] dx

Exemple — Aire entre y=x² et y=x

Intersections : x²=x → x=0 ou x=1. Sur [0;1] : x≥x² (car 0≤x≤1).

Aire = ∫₀¹(x−x²)dx = [x²/2−x³/3]₀¹ = 1/2−1/3 = 1/6

🧠 À retenir absolument

  • Primitive de xⁿ : xⁿ⁺¹/(n+1) ; de cos x : sin x ; de sin x : −cos x
  • ∫ₐᵇ f(x)dx = F(b) − F(a) où F est une primitive de f
  • Relation de Chasles : ∫ₐᵇ = ∫ₐᶜ + ∫ᶜᵇ
  • Aire entre f et g (f≥g) : ∫ₐᵇ [f(x)−g(x)] dx
  • Primitive de u'·uⁿ : uⁿ⁺¹/(n+1)
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Calcul de primitives

● Facile

Trouver une primitive de chaque fonction :

  1. f(x) = 3x² − 4x + 1
  2. g(x) = 2cos x − sin x
  3. h(x) = 4x³ + 1/x²
  4. k(x) = (2x+1)⁴
✅ Correction
  1. F(x) = x³ − 2x² + x
  2. G(x) = 2sin x + cos x
  3. H(x) = x⁴ − 1/x
  4. u=2x+1, u'=2. (u⁴)' = 4u³·u'. Primitive de u⁴·u' = u⁵/5. Donc primitive de (2x+1)⁴ = (2x+1)⁵/(5×2) = (2x+1)⁵/10
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Calcul d'intégrales définies

● Moyen
  1. ∫₀³ (x² − 2x + 1) dx
  2. ∫₀^(π/2) sin(x) dx
  3. ∫₁⁴ 1/(2√x) dx
✅ Correction
  1. [x³/3−x²+x]₀³ = (9−9+3)−0 = 3
  2. [−cos x]₀^(π/2) = (−cos(π/2))−(−cos 0) = 0+1 = 1
  3. [√x]₁⁴ = √4−√1 = 2−1 = 1
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Relation de Chasles

● Moyen

Soit f(x) = x² − 1.

  1. Trouver les racines de f.
  2. Calculer ∫₀² f(x)dx en utilisant la relation de Chasles.
  3. Calculer l'aire (toujours positive) entre la courbe de f et l'axe Ox sur [0;2].
✅ Correction
  1. x²−1=0 → x=−1 et x=1. Racine dans [0;2] : x=1.
  2. ∫₀²(x²−1)dx=[x³/3−x]₀²=(8/3−2)−0=2/3. Vérif : ∫₀¹(x²−1)dx=[x³/3−x]₀¹=1/3−1=−2/3 (négatif car f<0). ∫₁²(x²−1)dx=2/3−(−2/3)=4/3. Total=−2/3+4/3=2/3.
  3. Aire=|∫₀¹f|+|∫₁²f|=2/3+4/3=2 unités d'aire.
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Aire entre deux courbes

● Moyen

Calculer l'aire du domaine délimité par f(x) = x² et g(x) = 2x.

  1. Trouver les abscisses des intersections.
  2. Sur quel intervalle a-t-on g(x) ≥ f(x) ?
  3. Calculer l'aire.
✅ Correction
  1. x²=2x → x(x−2)=0. x=0 et x=2.
  2. Sur [0;2] : 2x−x²=x(2−x)≥0. g≥f sur [0;2].
  3. Aire=∫₀²(2x−x²)dx=[x²−x³/3]₀²=4−8/3=4/3. Aire=4/3 unités d'aire.
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Problème — Valeur moyenne

● Difficile

La valeur moyenne de f sur [a;b] est : m = 1/(b−a) × ∫ₐᵇ f(x) dx

  1. Calculer la valeur moyenne de f(x)=sin x sur [0;π].
  2. Calculer la valeur moyenne de g(x)=x² sur [0;3].
  3. Interpréter géométriquement la valeur moyenne.
✅ Correction
  1. m=(1/π)∫₀^π sin x dx=(1/π)[−cos x]₀^π=(1/π)(1+1)=2/π≈0,637
  2. m=(1/3)∫₀³ x² dx=(1/3)[x³/3]₀³=(1/3)×9=3
  3. Géométriquement, la valeur moyenne m est la hauteur du rectangle de même base [a;b] ayant la même aire que le domaine sous la courbe de f. Autrement dit : (b−a)×m = ∫ₐᵇ f(x)dx.

QCM — Auto-évaluation

10 questions · Correction immédiate

0Score
0/10Répondues
Q1/10

Une primitive de f(x)=4x³ est :

Q2/10

∫₀¹ x dx vaut :

Q3/10

Une primitive de cos x est :

Q4/10

∫ₐᵃ f(x) dx vaut :

Q5/10

La relation de Chasles dit que ∫ₐᶜ f = :

Q6/10

∫₀^π cos(x) dx vaut :

Q7/10

L'aire entre f(x)=x² et g(x)=x sur [0;1] est :

Q8/10

Une primitive de (2x+1)³ est :

Q9/10

∫₁² (3x²) dx vaut :

Q10/10

Si f(x)≥0 sur [a;b], alors ∫ₐᵇ f(x)dx représente :