Chapitre 7
Calcul de primitive
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50 CHAPITRE 7. CALCUL DE PRIMITIVE
7.1 Th´eorie
7.1.1 Primitives et int´egrales
D´efinition : Soit fune fonction d´efinie sur un intervalle I. On dit que F
est une primitive de fsur Isi Fest d´erivable sur Iet F=f.
Exemples : La fonction ln est une primitive de la fonction inverse sur
]0; +[, la fonction exp est une primitive d’elle-mˆeme sur R,lafonction
sin est une primitive de la fonction cos, la fonction f1:x→ 3
4x4+5x2+18
est une primitive de la fonction f2:x→ 3x3+10xsur R,mais´egalement
f112 ou encore f1+5421 (puisque les constantes disparaissent `a la d´eriva-
tion).
On voit sur le dernier exemple qu’une fonction fqui admet une primitive
Fen admet en fait une infinit´e puisque F+ksera encore une primitive de f
quel que soit kR(ou mˆeme kCsi on consid`ere des fonctions `a valeurs
complexes). Cependant, ce sont les seules :
Propri´et´e : Soit fune fonction qui admet une primitive Fsur un inter-
valle I. Alors les primitives de fsont les fonctions de la forme F+kavec k
constante. De plus, si aI, alors fadmet une unique primitive qui s’annule
en I.
Remarque : ¸C a n ’ a d o n c p a s d e s e n s d e p a r l e r d e la primitive d’une fonction
fpuisqu’elle en a une infinit´e, mais ¸ca en a un de parler de la primitive de f
qui s’annule en a.
Consid´erons maintenant une fonction fqui admet une primitive Fsur
un intervalle Iet (a, b)I2.SiGest une autre primitive de fsur I
alors il existe une constante ktelle que G=F+k.DoncG(b)G(a)=
(F(b)+k)(F(a)+k)=F(b)F(a). Donc l’accroissement de la primitive
entre aet bne d´epend pas de la primitive consid´er´ee, mais uniquement de la
fonction fet des nombres aet b.Onluidonneunnom:
D´efinition : Si fadmet une primitive Fsur un intervalle Iet si (a, b)I2,
alors on appelle int´egrale de fentre aet b, not´ee b
a
f(x)dx le nombre
F(b)F(a).
7.1. TH ´
EORIE 51
Remarques :
–Sigest une fonction quelconque, on note [g(x)]b
ale r´eel g(b)g(a). On
adoncb
a
f(x)dx =[F(x)]b
a.
–Ona
b
a
f(x)dx =a
b
f(x)dx.
–Onsaitquelorsquelonaunesomme,lenomdelindicedesommation
ne change rien au r´esultat de la somme :
n
k=0
ak=
n
j=0
aj=
n
p=0
ap.De
eme pour lint´egrale, le nom de la variable intervenant dans lintegale
n’intervient pas dans le r´esultat : b
a
f(x)dx =b
a
f(t)dt =b
a
f(u)du.
Attention cependant `a ne pas choisir comme nom de variable une des
bornes de l’int´egrale (i.e ´eviter b
a
f(b)db).
Exemples :
10
6
(t3+5t)dt =1
4t4+5
2t210
6
=1
4104+5
21021
464+5
262=
2750 414 = 2336.
32
1
dt
t= [ln(t)]32
1= ln(32) ln(1) = ln(32) = 5 ln(2).
π/4
0
tan(x)dx =π/4
0
sin(x)
cos(x)dx =[ln(cos(x))]π/4
0=1
2ln(2).
π/2
0
(sin(x)+xcos(x))dx =[xsin(x)]π/2
0=π
2.
7.1.2 Propri´et´es de l’inegrale
On va voir quelques propri´et´es calculatoires de l’int´egrale.
Soit fune fonction qui admet une primitive Fsur un intervalle Iet
(a, b, c)I3. Alors F(c)F(a)=F(b)F(a)+F(c)F(b). Autrement
dit, on a la propri´et´e suivante :
Propri´et´e (relation de Chasles) : On a c
a
f(x)dx =b
a
f(x)dx+c
b
f(x)dx
(sous r´eserve d’existence des trois int´egrales).
De mˆeme, nous montrons :
52 CHAPITRE 7. CALCUL DE PRIMITIVE
Propri´et´e : L’int´egrale est lin´eaire :
b
a
(λf(x)+µg(x))dx =λb
a
f(x)dx +µb
a
g(x)dx
Propri´et´e : Si f0(resp. f0) sur un segment [a, b](et admet une
primitive), alors b
a
f(x)dx 0(resp.b
a
f(x)dx 0). De plus, si a<b
et que l’in´egalit´e est stricte sur f, alors l’in´egalit´e sur l’int´egrale est stricte
´egalement.
Exemple : Sans calculer de primitive (en admettant qu’il y en ait), on sait
que 1
0
earcsin(x)dx > 0.
Remarque : Les nombres aet bne sont pas quelconques : on doit avoir
ab,sinon,lessignesdesint´egralessontinvers´es.
Corollaire : On peut int´egrer les in´egalit´es entre aet bsi ab.
Propri´et´e (in´egalit´e triangulaire) : On a
b
a
f(x)dx
b
a|f(x)|dx
(sous r´eserve d’existence de ces int´egrales).
Exemple : Pour tout nN,ona:
1
0
cos3(x) sin2(x)xndx
1
0|cos3(x) sin2(x)xn|dx 1
0
xndx =1
n+1
On en d´eduit que 1
0
cos3(x) sin2(x)xndx 0quandn→∞et ce, sans faire
de calcul de primitives (en admettant que toutes ces fonctions en admettent).
7.1.3 Interpr´etations graphiques
Proposition. Soit fune fonction continue admettant une primitive sur
[a, b], alors il existe c[a, b]tel que
f(c)= 1
bab
a
f(t)dt.
7.2. CALCULS D’INT ´
EGRALES 53
Propri´et´e : Soit fune fonction continue sur I. Alors fadmet une (et donc
des) primitive(s) sur I. De plus si (a, x)I2, la valeur en xde la primitive
de fqui s’annule en aest l’aire comprise entre la courbe repr´esentative de
fet l’axe des abscisses sur l’intervalle [a, x](avec des conventions de signes).
Remarques :
–Lexistencedelaplupartdesint´egralesestdoncquasi-automatique:`a
partir du moment o`u une fonction fest continue sur un intervalle [a, b],
on sait que b
a
f(x)dx existe.
–Lespropri´et´estellesquelarelationdeChaslesoulint´egrationdesin-
´e g a l i t ´e s d e v i e n n e n t ´e v i d e n t e s s i o n l e s r e g a r d e e n t e r m e s d ’ a i r e s o u s l a
courbe.
Th´eor`eme (Th´eor`eme de Cauchy-Schwartz).Soit fet gdeux fonctions
continues sur [a, b], alors on a
b
a
f(t)g(t)dt2
b
a
f2(t)dt b
a
g2(t)dt.
Egalit´e ssi λRtel que f(x)=λg(x)(ou g0)x[a, b].
7.2 Calculs d’int´egrales
On va voir comment calculer des int´egrales dans certains cas lorsque l’on
ne dispose pas directement d’une primitive de la fonction `a inegrer.
7.2.1 Int´egration par parties et changement de variable
Alaidedespropri´et´esdelad´erivation(notammentleproduitetlacom-
position), on peut d´eduire des m´ethodes de calculs d’int´egrales :
Soient uet vdeux fonctions de classe C1sur un intervalle [a, b]. On a alors
(uv)=uv+uvdonc uv=(uv)uv.Commetouteslesfonctionssont
continues sur [a, b], on peut les inegrer :
b
a
u(x)v(x)dx =b
a
(uv)(x)dx b
a
u(x)v(x)dx
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