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Intégration des relations de comparaison
Exercice 1 [ 03892 ] [Correction]
Déterminer un équivalent quand x+du terme
Z+
x
et2dt
Exercice 2 [ 03893 ] [Correction]
Déterminer un équivalent quand x+du terme
Z+
x
et
tdt
Exercice 3 [ 03894 ] [Correction]
Déterminer un développement asymptotique à trois termes quand x+de l’expression
Zx
1
et
tdt
Exercice 4 [ 04059 ] [Correction]
Soit f: [0 ; +[Rune fonction continue. Pour 0 <a<b, déterminer
lim
x0+Zbx
ax
f(t)
tdt
Exercice 5 [ 04067 ] [Correction]
Déterminer un équivalent quand x+de
Zx
e
dt
ln t
Exercice 6 [ 04068 ] [Correction]
(a) Justifier
Zx
1
ln(1 +t)
tdt
x+
1
2(ln x)2
(b) Établir qu’il existe CRtelle que
Zx
1
ln(1 +t)
tdt=1
2(ln x)2+C+ε(x) avec ε(x)
x+0
(c) Déterminer un équivalent de la fonction εen +
Exercice 7 [ 04075 ] [Correction]
Soit f: [0 ; +[R
+de classe C1et non intégrable. On suppose f0(x)=
x+o(f(x)).
Montrer
f(x)=
x+o Zx
0
f(t) dt!
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Corrections
Exercice 1 : [énoncé]
L’intégrale étudiée est convergente puisque t2et2
t+0.
Écrivons Z+
x
et2dt=Z+
x
1
t×tet2dt
Procédons à un intégration par parties avec u(t)=et2/2 et v(t)=1/t.
Les fonctions uet vsont de classe C1et le produit uv converge en +. On a donc
Z+
x
et2dt=ex2
2xZ+
x
et2
2t2dt
Or et2
2t2=
t+oet2
donc, par intégration de relation de comparaison
Z+
x
et2
2t2dt=o Z+
x
et2dt!
et donc
Z+
x
et2dt
x+
ex2
2x
Exercice 2 : [énoncé]
L’intégrale étudiée est convergente puisque t2et/t
t+0.
Procédons à une intégration par parties avec u(t)=etet v(t)=1/t.
Les fonctions uet vsont de classe C1et le produit uv converge en +. On a donc
Z+
x
et
tdt=ex
xZ+
x
et
t2dt
Or et
t2=
t+o et
t!
donc, par intégration de relation de comparaison
Z+
x
et
t2dt=o Z+
x
et
tdt!
et donc Z+
x
et
tdt
x+
ex
x
Exercice 3 : [énoncé]
Par intégration par parties
Zx
1
et
tdt="et
t#x
1
+Zx
1
et
t2dt
et en répétant celle-ci
Zx
1
et
tdt="et
t
+et
t2#x
1
+Zx
1
2et
t3dt
Or, toujours par intégration par parties
Zx
1
2et
t3dt="2 et
t3#x
1
+Zx
1
6 et
t4dt
Mais et
t4=
t+o et
t3!et t7→ et
test positive non intégrable sur [1 ; +[
donc, par intégration de relation de comparaison
Zx
1
et
t4dt=o Zx
1
et
t3!
Ceci donne Zx
1
2et
t3dt=
x+
2 ex
x32 e +o Zx
1
et
t3dt!2 ex
x3
puis, dans le calcul initial
Zx
1
et
tdt=
x+
ex
x
+ex
x2+2 ex
x3+o 2 ex
x3!
en ayant intégré le terme constant dans le terme négligeable.
Exercice 4 : [énoncé]
Puisque fest continue en 0, on peut écrire
f(x)=f(0) +ε(x) avec ε
00
On a alors
Zbx
ax
f(t)
tdt=Zbx
ax
f(0)
tdt+Zbx
ax
ε(t)
tdt
D’une part
Zbx
ax
f(0)
tdt=f(0) ln b
a
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et d’autre part
Zbx
ax
ε(t)
tdt
max
t[ax;bx]|ε(t)|ln b
a
x00
On peut conclure
lim
x0+Zbx
ax
f(t)
tdt=f(0) ln b
a
Exercice 5 : [énoncé]
Par intégration par parties
Zx
e
dt
ln t
=t
ln tx
e
+Zx
e
dt
(ln t)2
Or 1
(ln t)2=
t+o 1
ln t!
et la fonction t7→ 1/ln(t) est positive non intégrable sur [e ; +[. On a donc
Zx
e
dt
(ln t)2=
x+o Zx
e
dt
ln t!
et on en déduit Zx
e
dt
ln t
x+
x
ln x
Exercice 6 : [énoncé]
(a) On a ln(1 +t)
t
t+
ln(t)
t
Puisque la fonction t7→ ln(t)/test positive, non intégrable sur [1 ; +[, on peut
armer Zx
1
ln(1 +t)
tdt
x+Zx
1
ln t
tdt="1
2(ln t)2#x
1
=1
2(ln x)2
(b) On a
Zx
1
ln(1 +t)
tdt1
2(ln x)2=Zx
1
ln(1 +t)
tln(t)
tdt=Zx
1
1
tln 1+1
t!dt
et donc Zx
1
ln(1 +t)
tdt=1
2(ln x)2+C+o(1)
avec la constante Cégale à l’intégrale convergente
Z+
1
1
tln 1+1
t!dt
On peut montrer que cette constante vaut π2/12 (via intégration terme à terme), mais
c’est une autre histoire. . .
(c) En fait
ε(x)=Z+
x
1
tln 1+1
t!dt
On a 1
tln 1+1
t!
t+
1
t2
Puisque la fonction t7→ 1/t2est positive et intégrable sur [1 ; +[, on peut armer
ε(x)
x+Z+
x
dt
t2=1
x
Exercice 7 : [énoncé]
Puisque fest positive et non intégrable, on sait
Zx
0
f(t) dt
x+
+
Soit ε > 0. Il existe A0 tel que
xA,f0(x)ε|f(x)|
et alors
xA,f(x)=f(A)+Zx
A
f0(t) dtf(A)+εZx
0
f(t) dt
Puisque f(A) est une constante et Rx
0f(t) dt
x+
+, il existe A00 tel que
xA0,f(A)εZx
0
f(t) dt
Pour xmax(A,A0), on obtient
0f(x)2εZx
0
f(t) dt
et on peut alors conclure.
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