Calcul intégral Exercices - F. Laroche

Terminale S 1 F. Laroche
Calcul intégral http://laroche.lycee.free.fr
Terminale S
Calcul intégral Exercices
1. 1. Questions de cours : équations différentielles 1
1. 2. Calcul de primitives 1 1
1. 3. Calcul de primitives 2 3
1. 4. Calcul d’intégrales 3
1. 5. Encadrement-1 4
1. 6. Encadrement-2 4
1. 7. Vrai-Faux justifié, Asie 2007 4
1. 8. Vrai-Faux justifié, Polynésie 2008 4
1. 9. ROC+aire, Antilles 2007 5
1. 10. ROC+Intégrales, France 2007 6
1. 11. ROC+aire, Antilles remplt 2007 6
1. 12. Fonction intégrale, Polynésie sept 2007 7
1. 13. Volume de révolution-1 9
1. 14. Volume de révolution-2 9
1. 15. argch x 9
1. 16. fonction trigo 9
1. 17. Intégrale et suite 1 9
1. 18. Intégrale et suite 2 10
1. 19. Intégrale et suite 3 10
1. 20. Intégrale et suite 4 : constante d’Euler 11
1. 21. Intégrale et suite 6 12
1. 22. Intégrale+suite 7, France et La Réunion 2008 12
1. 23. Suite d’intégrales, Pondichéry 2007 12
1. 24. Intégrale 1 13
1. 25. Intégrale 2 13
1. 26. Intégrale 3 13
1. 27. Intégrale 4 13
1. 28. Intégrale 5 14
1. 29. Intégrale 6 14
1. 30. Intégrale 7, La Réunion 2005 15
1. 31. Intégrale + ROC 16
1. 32. ROC+intégrale, Polynésie 06/2008 16
1. 33. Autour de arctangente – ESME-SUDRIA 2001 18
1. 34. Equa diff 2
nd
membre, Bac C, Pondicherry 1988 18
1. 35. Equa diff 2
nd
membre, Antilles 1988 19
1. 36. Equa diff 2
nd
membre, Antilles 2000 19
1. 37. Equa diff+suites, France 2003 19
1. 38. Equa diff : apprentissage 20
1. 39. Equa diff : pendule 20
1. 40. Equa diff : lancer de balle 21
1. 41. Equa diff : quotient 21
1. 42. Equa diff : équation de Bernoulli 22
1. 43. Equa diff : populations 22
1. 44. Equa diff : second ordre 23
1. 45. Equa diff : équation de la chaleur 24
1. 46. Equa diff+ROC, La Réunion 2005 24
1. 47. Equa diff + aire, Asie 2006 25
1. 48. Equa diff+ROC, France sept 2006 26
1. 49. Equa diff trigo, France remplt 2007 26
1. 50. Méthode de Newton, C. étrangers 2007 27
1. 51. La bonne vitesse du volant 27
1. 52. STL, France, juin 2004 30
1. 53. Equa diff 2
nd
ordre, STL, France, juin 2005 30
1. 54. Équa diff+courbe, France 2010, 6 points 30
1. 55. Équa diff+intégrale, La Réunion 2010, 5 points 31
1. 56. Equa diff, 2
nd
membre, Am. du Sud 11/2008 32
1. 1. Questions de cours : équations différentielles
Valider ou infirmer les propositions suivantes :
1. Les solutions de l’équation différentielle : y’ + 4y = 0 sont les fonctions définies sur
ℝ
par
4
( )
x
f x e C
−
= +
où C est une constante réelle.
2. La fonction définie pour tout x réel par
7
( ) 5
x
f x e
−
= +
est l’unique solution de l’équation différentielle :
y’ = −7 y + 35 et y(0) = 5.
1. 2. Calcul de primitives 1
Déterminez une primitive de f sur I dans chacun des cas suivants : (pensez à vérifier vos réponses)
1.
5 3
( ) 12 4 1 ;f x x x I
= − + =
ℝ
16. ( ) sin 2cos ;f x x x I
= − + =
ℝ
2.
2
4
( ) 3 ; ]0 ; [
f x I
x
= − = +∞
17.
0,5
( ) ;
² 1
x
f x I
x x
+
= =
+ +
ℝ
3.
3
3
( ) ;
( ² 1)
x
f x I
x
= =
+
ℝ
18.
2
3
( ) 1 ; ]0 ; [
f x I
x
= − + = +∞

Terminale S 2 F. Laroche
Calcul intégral http://laroche.lycee.free.fr
4.
2
( ) ; ]1 ; [
² 1
x
f x I
x
= = +∞
−
19.
3 2
( ) 7 2 3 ;f x x x I
= − + =
ℝ
5.
6 3
( ) ;
² 1
x
f x I
x x
+
= =
+ +
ℝ
20. 2
( ) sin ; ;
cos² 2 2
f x x I
x
π π
= + = − +
6. ( ) cos 2sin ;f x x x I
= − + =
ℝ
21.
f ( x ) = 3 + cos x,
I
=
ℝ
7.
3
( ) cos sin ;f x x x I
= =
ℝ
22. f(x) = sin 3x,
I
=
ℝ
8. 1
( ) cos ; ;
cos ² 2 2
f x x I
x
π π
= + = − +
23.
sin
( )
cos²
x
f x
x
=
, ;
2 2
I
π π
= − +
9. ( ) (2 1)² ;f x x I
= + =
ℝ
24.
( )
² 3
x
f x x =
−
,
]
[
3 ;I
= + ∞
10.
4
4 ² 2
( ) ; ]0 ; [
²
x x
f x I
x
− −
= = + ∞
25.
3 3
( ) ²( 2)
f x x x= + ,
I
=
ℝ
11. ( ) (3 1)² ;f x x I
= − =
ℝ
26.
5 2
( ) 2cos 3 4sin cos
6 3 3 3
x
f x x
π π π
+
= − − +
12.
4
2 3 ² 1
( ) ; ]0 ; [
²
x x
f x I
x
− +
= = +∞
27.
5
( ) 4
7 3 1
f x x
= −
−
, I=1;
3
+ ∞
13.
3
3 ²
( ) ; ]1 ; [
1
x
f x I
x
= = +∞
−
28.
3 7
3 1
( )
(2 4) 4(5 )
f x
x x
= +
− − , I=] 2 ; 5[
14.
3
5
( ) ;
( ² 1)
x
f x I
x
−
= =
+
ℝ
29.
2
3 2 4
( )
(2 3 )
x x
f x x x
+
=+
, I=]0 ;
+∞
[
15.
4
( ) cos sin ;f x x x I
= =
ℝ
30.
4 3
3
5 2 4 1
( ) x x x f x
x
+ − +
=
, I=]0 ;
+∞
[
Quelques réponses
1. Solution :
( )
6 4
2
F x x x x K
= − + +
.
2.
( )
4
3
F x x K
x
= + +
.
3.
( )
( )
( )
( ) ( )
3 3 1
2 2
2
2
3 3 1 3
2 1 1
2 2 3 1 4 1
f x x x F x x K K
x
− − +
= + ⇒ = + + = − +
  − +  +
.
4.
( )
( )
( )
( )
1
1/2 1
2 2 2
2
1
2 1 1 2 1
11
2
f x x x F x x K x K
− − +
= − ⇒ = − + = − +
  − +
.
5.
( ) ( )
( )
( )
( )
1
1/2 1
2 2 2
2
3
3 2 1 1 1 6 1
11
2
f x x x x F x x x K x x K
− − +
= + + + ⇒ = + + + = + + +
  − +
.
6.
(
)
sin 2cos
F x x x K
= − − +
.
7.
( )
4
1sin
4
F x x K
= +
.
8.
(
)
tan sin
F x x x K
= + +
.
9.
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
2 2 1 3
1 1 1 1
2 2 1 2 1 2 1
2 2 2 1 6
f x x F x x K x K
+
= + ⇒ = + + = + +
  +
.

Terminale S 3 F. Laroche
Calcul intégral http://laroche.lycee.free.fr
10.
( ) ( )
2 3
2
2 1 2
4 4
3
f x x F x x x K
x
x
= − − ⇒ = − + +
.
21. F ( x ) = 3 x + sin x.
22.
1
( ) cos3
3
F x x
= −
.
23.
sin sin '( )
( )
cos ² cos² ²( )
x x u x
f x
x x u x
−
= = − = − avec u(x) = cos x
1 1
( )
( ) cos
F x
u x x
= = .
24.
1 1
2 2
1
2
1 2 1 1
( ) 2 ( ² 3) '( ) ( )
2 2 2
² 3 ( ² 3)
x x
f x x x u x u x
xx
− −
= = = × × − =
−−
, u(x) = x² – 3, n – 1 = −1/2, n = ½,
1
2
1
( ) ( ) ( ² 3) ² 3
2
F x u x x x
= = − = −
.
25. u(x) = x
3
+ 2, u’(x) = 3x², n – 1 = 3, n = 4, G(x) = (x
3
+ 2)
4
, g’(x) = 4 × 3x² × ( x
3
+ 2)
3
,
F(x) =
( )
4
3
1 1
( ) 2
4 4
G x x= +
.
1. 3. Calcul de primitives 2
1. Montrer grâce à la formule de duplication que pour tout réel x,
2
1 cos(2 )
cos 2
x
x
+
=
. En déduire une
primitive sur
ℝ
de la fonction f :
2
cos
x x
→ .
2. En utilisant la question 1. montrer que pour tout x,
4
cos(4 ) 4cos(2 ) 3
cos
8
x x
x
+ +
=
. En déduire une
primitive sur
ℝ
de la fonction f
2
.
3. Montrer que pour tout x,
3 2
cos cos cos sin
x x x x
= −
. En déduire une primitive sur
ℝ
de la fonction g :
3
cos
x x
→ .
4. A l’aide d’une intégration par parties, donner une primitive sur
ℝ
de la fonction h définie par
( ) 2 sin(3 )
h x x x
= .
5. Dans quel album d’Asterix voit-on pour la première fois Idefix ?
1. 4. Calcul d’intégrales
Calculez les intégrales suivantes (la rédaction doit être détaillée ; vous pouvez cependant vérifier vos
réponses à l’aide de la calculatrice) :
a)
0
3
3
( 2 ² 1)
x x dx
−
+ −
∫ ; b)
2
1
1
² 2 2
x
dx
x x
−
− +
∫ ; c)
1
ln
e
t
dt
t
∫
; d)
2
3
1
2
x
e dx
∫
; e)
3
0
5
2 3
dx
x+
∫; f)
2
1
( 1)ln
x x dx
+
∫;
g)
1
ln
²
e
x
dx
x
∫
; h)
2
0
sin cos
cos² 1
x x
dx
x
π
+
∫
; i)
0
3
2
(2 1)
x x dx
−
− +
∫
; j)
2
1
2
(3 1)²
du
u−
∫
; k)
1
ln
e
e
x
dx
x
∫
; l)
2
2
0
3
x
e dx
∫
;
m)
4
0
1
2 1
dx
x+
∫
; n)
2
1
²ln
x x dx
∫
; o)
1
ln2
²
e
t
dt
t
∫
; p)
4
sin
6
cos
x
x e dx
π
π
−
∫
;
q)
12
1
1
t t dt
−
−
∫
; r)
( )
2
2 2
1
1 1
1 2
dx
xx
++
∫
; s)
2
2
2
1 tan 2
u
du
π
π
−
+
∫
.

Terminale S 4 F. Laroche
Calcul intégral http://laroche.lycee.free.fr
t) 12
0
x
xe dx
∫
u)
3
3
0
sin cos
x xdx
π
∫
, v)
2
1
x
e
dx
x
∫
.
1. 5. Encadrement-1
Pour tout réel positif a, on définit
2
1
ln
( )
a
x
I a dx
x
=∫
.
1. A l’aide d’une intégration par parties, montrer que
2
ln( ) 1
( ) 1
a
I a
a
−
= +
.
2. En déduire la limite de I(a) quand a tend vers
+∞
.
3. On définit maintenant
2
1
ln( )
( )
1
a
x
J a dx
x
=+
∫
. En utilisant (avec justification) que pour tout x supérieur à
1,
2 2 2
1 2
x x x
≤ + ≤ , montrer que 1
( ) ( ) ( )
2
I a J a I a
≤ ≤
.
1. 6. Encadrement-2
Soit f la fonction définie sur [1 ;
+∞
[ par : ( )
x
f x x e
−
=.
Pour tout
1
α
>
, on considère l’intégrale :
2
( ) ( )
I f x dx
α
α
α =
∫
.
1. Interpréter géométriquement le nombre
(
)
I
α
.
2. Démontrer que, pour tout
[
[
1 ;x
∈ + ∞
, on a :
(
)
x x
e f x xe
− −
≤ ≤ .
3. En déduire pour tout
1
α
>
un encadrement de
(
)
I
α
.
4. Quelle est la limite de
(
)
I
α
lorsque
α
tend vers
+∞
?
5. Déterminer la dérivée par rapport à
α
de I. Quel est son signe ? Dresser le tableau de variation de I.
1. 7. Vrai-Faux justifié, Asie 2007
4 points
Pour chacune des propositions suivantes, indiquer si elle est vraie ou fause et donner une démonstration de la réponse
choisie. Dans le cas d’une proposition fausse, la démonstration consistera à proposer un contre-exemple. Une réponse
non démontrée ne rapporte aucun point.
1. Si f est la fonction définie pour tout nombre réel x par :
( )
2
sin
f x x
= , alors sa fonction dérivée vérifie,
pour tout nombre réel x,
(
)
' sin2
f x x
=.
2. Soit f est une fonction définie et dérivable sur l’intervalle [−1 ; 1], dont la dérivée est continue sur cet
intervalle. Si
(
)
(
)
1 1
f f− = − , alors :
( ) ( )
1 1
1 1
tf t dt f t dt
− −
= −
∫ ∫
.
3. Soit f une fonction définie et continue sur l’intervalle [0 ; 3]. Si
( ) ( )
3 3
0 0
f t dt g t dt
≤
∫ ∫
, alors pour tout
nombre réel x appartenant à [0 ; 3] :
(
)
(
)
f x g x
≤.
4. Si f est solution de l’équation différentielle
' 2 2
y y
= − +
et si f n’est pas une fonction constante, alors la
représentation de f dans un repère du plan, n’admet aucune tangente parallèle à l’axe des abscisses.
1. 8. Vrai-Faux justifié, Polynésie 2008
5 points
Pour chacune des propositions suivantes, indiquer si. elle est vraie ou fausse et donner une justification de la réponse
choisie. Une réponse non justifiée ne rapporte aucun point. Toutefois, toute trace de recherche, même incomplète. ou
d'initiative, même non fructueuse, sera prise en compte dans l'évaluation.

Terminale S 5 F. Laroche
Calcul intégral http://laroche.lycee.free.fr
1. Soit f la fonction solution sur R de l'équation différentielle
' 2
y y
= − +
telle que
(
)
ln2 1
f
=
.
Proposition 1 : « La courbe représentative de f admet au point d'abscisse 0, une tangente d'équation
2
y x
=
».
2. Soient f et g deux fonctions définies sur un intervalle
[
[
;A
+ ∞
où A est un réel strictement positif.
Proposition 2 : « Si
(
)
lim 0
x
f x
→+∞
=
alors
(
)
(
)
lim 0
x
f x g x
→+∞
=
».
3. On admet qu'un bloc de glace fond en perdant 10 % de sa masse par minute. Sa masse initiale est de
10 kg.
Proposition 3 : « À partir de la soixante-dixième minute, sa masse devient inférieure à 1 g ».
4. Soient A et B deux événements d'un même univers
Ω
muni d'une probabilité p.
Proposition 4 : « Si A et B sont indépendants et si p(A) = p(B) = 0,4 alors p(A
∪
B) = 0,8 ».
5. Une usine fabrique des pièces. Une étude statistique a montré que 2 % de la production est défectueuse.
Chaque pièce est soumise à un contrôle de fabrication. Ce contrôle refuse 99 % des pièces défectueuses et
accepte 97 % des pièces non défectueuses.
On choisit au hasard une pièce avant son passage au contrôle.
Proposition 5 : « La probabilité que la pièce soit acceptée est égale à 0,9508 »,
1. 9. ROC+aire, Antilles 2007
6 points
Question de cours
Prérequis : positivité et linéarité de l’intégrale.
Soient a et b deux réels d’un intervalle I de
ℝ
tels que
a b
≤
. Démontrer que si f et g sont deux fonctions
continues sur I telles que pour tout réel x de l’intervalle I, f (x) > g (x), alors
( ) ( )
b b
a a
f x dt g x dt
≥
∫ ∫
.
Partie A
1. Soit x un réel supérieur ou égal à 1. Calculer en fonction de x l’intégrale
( )
1
2
x
t dt
−
∫
.
2. Démontrer que pour tout réel t appartenant à l’intervalle
[
[
1 ;
+ ∞
, on a :
1
2t
t
− ≤
.
3. Déduire de ce qui précède que pour tout réel x supérieur ou égal à 1, on a :
2
1 3
2 ln
2 2
x x x
− + − ≤
.
Partie B
Soit h la fonction définie sur
ℝ
par
( )
2
1 3
2
2 2
h x x x
= − + −
.
Sur le graphique joint, le plan est muni d’un repère orthogonal
( ; , )
O i j
dans lequel on a tracé les courbes
représentatives des fonctions h et logarithme népérien (ln) sur l’intervalle [1 ; 4]. On a a tracé également la
droite (d) d’équation x = 4.
1. a. Démontrer que
( )
4
1
0
h x dx
=
∫
.
b. Illustrer sur le graphique le résultat de la question précédente.
2. On note D le domaine du plan délimité par la droite (d) et les courbes représentatives des fonction h et
logarithme népérien sur l’intervalle [1 ; 4].
En utilisant une intégration par parties, calculer l’aire de D en unités d’aire.