b, est croissante (car |f|positive), donc major´ee par sa limite, donc x7→ Rx
a(f(t) + |f(t)|)dt est une
fonction major´ee et croissante sur [a, b[ (par positivit´e de f+|f|), donc elle admet une limite finie.
Alors par diff´erence, x7→ Rx
af(t)dt a une limite finie en b.
N.B. Attention la r´eciproque du th´eor`eme ci-dessus est fausse : toute int´egrale conver-
gente n’est pas absolument convergente :
D´efinition 5 : On dit qu’une int´egrale g´en´eralis´ee Zb
a
f(t)dt est semi-convergente si elle est convergente
mais pas absolument convergente.
Exercice : Montrer que l’int´egrale R+∞
1
sin t
tdt est semi-convergente. (On pourra montrer la divergence
de R+∞
1|sin t|
tdt en minorant |sin t|par sin2t= (1 −cos(2t))/2.)
1.4 Crit`eres de convergence pour les int´egrales de fonctions posi-
tives
Les crit`eres qui suivent sont commodes pour d´eterminer si une int´egrale g´en´eralis´ee d’une fonction
positive converge. En les appliquant `a Rb
a|f(t)|dt on peut voir si une int´egrale g´en´eralis´ee d’une fonction
non positive converge absolument.
1.4.1 Th´eor`eme de convergence
Th´eor`eme 4 : Soient aet btels que −∞ < a < b 6+∞et f: [a, b[→R+localement int´egrable. On
pose ∀x∈[a, b[, F(x) = Zx
a
f(t)dt. Alors l’int´egrale Zb
a
f(t)dt est convergente si et seulement si Fest
major´ee sur [a, b[.
Si l’int´egrale Zb
a
f(t)dt est divergente, c’est-`a-dire si F(x)→+∞quand x→+∞, on note
Rb
af(t)dt = +∞.
Noter que pour une fonction localement int´egrable positive, l’int´egrale g´en´eralis´ee Rb
af(t)dt existe
toujours (quitte `a ˆetre infinie, donc divergente) ; tandis que pour une fonction dont le signe varie (par
exemple f(t) = sin t), l’int´egrale Rb
af(t)dt peut ne pas exister du tout.
1.4.2 Crit`eres de comparaison
Th´eor`eme 5 : Soient aet btels que −∞ 6a<b6+∞et f, g : ]a, b[→R+localement int´egrables
telles que ∀t∈]a, b[ on ait
06f(t)6g(t).
On a alors :
06Zb
a
f(t)dt 6Zb
a
g(t)dt.
En particulier :
1. Si Zb
a
g(t)dt est convergente, alors Zb
a
f(t)dt est convergente.
2. Si Zb
a
f(t)dt est divergente, alors Zb
a
g(t)dt est divergente.
Exemples : on retrouve la convergence (absolue) de R+∞
1
cos t
t2dt et de R1
0sin 1
xdx (d´ej`a vue comme
application directe du crit`ere de Cauchy) : car R+∞
1|cos t
t2|dt 6R+∞
1|1
t2|dt = [−1
t]+∞
1= 1 <+∞et
R1
0|sin 1
x|dx 6|R1
0dx|= 1 <+∞.
5