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Je calcule des intégrales

Objectif

Comprendre la notion d'intégrale définie et savoir l'utiliser pour calculer des aires, des valeurs accumulées ou des grandeurs physiques.

Pourquoi c'est important ?

Les intégrales permettent de :

  • Calculer des aires sous les courbes.
  • Évaluer des valeurs cumulées (distance à partir de la vitesse, coût total, quantité produite…).
  • Résoudre des problèmes en physique, économie, biologie.

Petit rappel

  • L'intégrale définie de $f$ entre $a$ et $b$ : elle représente l'aire entre la courbe $y = f(x)$ et l'axe des abscisses de $x = a$ à $x = b$.

$$\displaystyle \int_a^b f(x)dx$$

  • Si $F$ est une primitive de $f$, alors :

$$\displaystyle \int_a^b f(x)dx = F(b) - F(a)$$

🔧 Les étapes pour assurer

1. Propriétés

  • Relation de Chasles de l'intégrale

$$\displaystyle \int_a^c f(x)dx = \int_a^b f(x)dx + \int_b^c f(x)dx$$

  • Multiplication par un scalaire $\lambda$ où $\lambda$ est un réel

$$\displaystyle \int_a^b \lambda f(x)dx = \lambda \int_a^b f(x)dx$$

  • Linéarité où $\alpha$ et $\beta$ sont des constantes réelles

$$\displaystyle \int_a^b \alpha f(x) + \beta g(x)dx = \alpha \int_a^b f(x)dx + \beta \int_a^b f(x)dx$$

  • Symétrie

$$\displaystyle \int_a^b f(x)dx = -\int_b^a f(x)dx$$

2. Astuces calculatoires

  • Intégrale nulle :

$$\displaystyle \int_a^a f(x)dx = 0$$

  • Si $f$ est paire :

$$\displaystyle \int_{-a}^a f(x)dx = 2\int_0^a f(x)dx$$

  • Si $f$ est impaire :

$$\displaystyle \int_{-a}^a f(x)dx = 0$$

Exemples 

Calcul d'une primitive $F$ des fonctions $f$ suivantes

  • $I_1 = \displaystyle \int_{-1}^2 2x dx$

$I_1 = [x^2]_{-1}^2 = 2^2 - (-1)^2 = 4 - 1 = 3$

  • $I_2 = \displaystyle \int_1^2 x^2 dx$

$I_2 = \left[\dfrac{1}{3}x^3\right]_1^2 = \dfrac{1}{3} \times 2^3 - \dfrac{1}{3} \times 1^3 = \dfrac{8}{3} - \dfrac{1}{3} = \dfrac{7}{3}$

  • $I_3 = \displaystyle \int_1^{\rm e} \dfrac{1}{x} dx$

$I_3 = [\ln |x|]_1^{\rm e} = \ln|{\rm e}| - \ln|1| = \ln({\rm e}) - \ln(1) = 1 - 0$

  • $I_4 = \displaystyle \int_0^1 {\rm e}^x dx$

$I_4 = [{\rm e}^x]_0^1 = {\rm e}^1 - {\rm e}^0 = {\rm e} - 1$

  • $I_5 = \displaystyle \int_0^1 3{\rm e}^{2x} dx$

$I_5 = \left[\dfrac{3}{2}{\rm e}^{2x}\right]_0^1 = \dfrac{3}{2}{\rm e}^2 - \dfrac{3}{2}{\rm e}^0 = \dfrac{3}{2}{\rm e} - \dfrac{3}{2}$

On évite absolument

  • Oublier que l'intégrale peut être négative si la courbe est sous l'axe des abscisses.
  • Se tromper de primitive → vérifier la dérivée.
  • Inverser les bornes sans changer le signe.

On valide

  • Identifier la fonction à intégrer et ses bornes.
  • Vérifier que l'intégrale est bien définie sur l'intervalle.
  • Au moment d'intégrer, pas besoin d'ajouter la constante d'intégration car elle s'annule forcément en effectuant la différence lors du calcul de l'intégrale.

Le petit + à retenir

EN RÉSUMÉ

 

v 3.1.11