1.4.3 Utilisation des ´equivalents
Rappel : on dit que deux fonctions f,gsont ´equivalentes en un point t0∈R∪ {−∞,+∞}, et on
note f(t)∼g(t) quand t→t0(ou f∼
t0
g), si f(t)/g(t)→1 quand t→t0. (Exemples : sin t∼tquand
t→0, t
1+t2∼1
tquand t→ ±∞.)
Th´eor`eme 6 : Soient aet btels que −∞ < a < b 6+∞et fet gd´efinies de [a, b[→R+localement
int´egrables telles que f(t)∼g(t) quand t→balors Zb
a
f(t)dt et Zb
a
g(t)dt ont mˆeme nature.
1.4.4 Exemples de base
Th´eor`eme 7 : Int´egrale de Riemann
1. Z1
0
dt
tαconverge si et seulement si α < 1. (Preuve en exercice.)
2. Z+∞
1
dt
tαconverge si et seulement si α > 1. (Preuve en exercice.)
Application : Crit`ere de Riemann en 0. Soit fune fonction positive et localement int´egrable sur ]0,1] ;
on suppose que f(t)∼
0
1
tα: alors R1
0f(t)dt converge ssi α < 1.
Exemple (exercice) : nature de l’int´egrale R1
0
ln(1+5t2)+t7
√sin t(tan t)2dt.
Crit`ere de Riemann en +∞. Soit fune fonction positive et localement int´egrable sur [1,+∞[ ; on
suppose que f(t)∼
+∞
1
tα: alors R+∞
1f(t)dt converge ssi α > 1.
Exemple : nature de l’int´egrale R+∞
1
15t5+5t4+12t3+217t2+54t+8877
21t7+876t5+258t+34532 dt.
Th´eor`eme 8 : Int´egrales de Bertrand
Soient aun r´eel strictement sup´erieur `a 1 et αet βdeux r´eels quelconques. Alors Z+∞
a
dt
tα(ln t)β
converge si et seulement si α > 1 et βquelconque, ou bien α= 1 et β > 1.
Soient a∈]0,1[ et αet βdeux r´eels quelconques. Alors Za
0
dt
tα|ln t|βconverge si et seulement si α < 1
et βquelconque, ou bien α= 1 et β > 1.
Crit`ere de Bertrand en +∞. Soit fune fonction positive et localement int´egrable sur [A, +∞[, A∈R;
on suppose que f(t)∼
+∞
1
tα(ln t)β: alors R+∞
Af(t)dt converge ssi α > 1 et βquelconque, ou bien α= 1
et β > 1.
Crit`ere de Bertrand en 0. Soit fune fonction positive et localement int´egrable sur ]0, A], A > 0 ; on
suppose que f(t)∼
0
1
tα|ln t|β: alors RA
0f(t)dt converge ssi α < 1 et βquelconque, ou bien α= 1 et
β > 1.
1.5 Int´egrales `a param`etre
On admet :
Th´eor`eme de continuit´e : Soient I,Jdes intervalles de R. Soit f:I×J→C, (x, t)7→ f(x, t), une
fonction telle que
1. Pour tout x∈I,t7→ f(x, t) est localement int´egrable sur J.
2. Pour tout t∈J,x7→ f(x, t) est continue sur I.
3. Il existe une fonction g:J→R+localement int´egrable, telle que |f(x, t)|6g(t) pour tous
x∈I,t∈J, et telle que RJg(t)dt converge.
6