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Niveau Maths sup
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intégrale exponentielle de -x^2 sur R

Posté par
HighSchool2005
16-12-07 à 11:59

Bonjour,

je cherche à montrer que :

\int_{-\infty}^{+\infty}{exp(-x^{2})} = \sqrt{\Pi}

Je trouve la primitive [\frac{exp(-x^2)}{2x}]_{-\infty}^{+\infty}
mais d'après moi, ça donne 0 + 0 !

Merci

Posté par
HighSchool2005
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:00

Il y a un - en plus dans ma primitive

Posté par
1 Schumi 1
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:02

Salut,

Je pense que tu as confondu dérivée et primitive...

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:04

Tu es malin lol,
quand on dérive ce que dit être la primitive, on obtient quelque chose du genre la dérivée de (U/V)' !

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:05

Pose I=ton intégrale.
Calcule I^2 en dupliquant ton intégrale, et utilise Fubini-Tonelli.
Tu finis par un changement de variable en polaire.

Posté par
robby3
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:13

HS: on voit Fubini-Tonelli en spé??

Posté par
JJa
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:13

Bonjour HighSchool2005
Ta primitive est fausse.
Tu n'y arriveras pas en cherchant une primitive que tu ne trouveras pas à ton niveau d'études.
Pour y arriver, il faut que tu passes en coordonnées polaires.

Posté par
1 Schumi 1
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:13

robby >> Non, ça se voit en sup.

Posté par
HighSchool2005
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:17

merci à tous je viens de comprendre pourquoi ma primitive ne convient pas. En fait, on ne peut pas trouver de primitive de exp(-x^2) juste comme ça ?
Oui, je suis en train de voir Fubini Tonelli mais sur le coup, je pensais qu'il y avait quelque chose de direct !
Je ne vais pas détailler tous les calculs !
Encore merci

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:17

Comment, comment JJa, il existe une primitive de ça ?
Mon prof me dit que l'on ne peut en trouver !

Posté par
1 Schumi 1
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:18

Avec les formules usuelles, oui, il n'y en a pas. Ni avec une somme finie.

Posté par
HighSchool2005
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:18

Je suis en L3 donc comme ceux qui font prépa font 3 ans en 2 ans, j'ai pensé que je devais mettre mon message ici.

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:19

si tu es en L3, tu dois avoir fait de la théorie de l'intégration, non ?

Posté par
HighSchool2005
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 12:35

oui mais je ne voyais pas quoi faire pour cette intégrale. Dès que j'ai vu vos réponses, la solution est devenue beaucoup plus claire !

Posté par
JJa
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:16

Réponse à H_aldnoer qui écrit :
"Comment, comment JJa, il existe une primitive de ça ? Mon prof me dit que l'on ne peut en trouver !"
L'article de vulgarisation "Safari au pays des fonctions spéciales" (dans le N°55 du magazine QUADRATURE, pp.6-16) avait pour but de répondre à ce genre de questions ( et par là même, de faire comprendre ce que veut dire ton prof ).
Lorsqu'on a vu cela, l'apparente contradiction disparait comme par enchantement !
Une occase de publicité (non rétribuée) pour le magazine QUADRATURE...

Posté par
Nightmare
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:19

Bonjour

Citation :
Comment, comment JJa, il existe une primitive de ça ?


Ben évidemment qu'il existe une primitive, la fonction est continue

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:23

Il est clair que cette fonction à une primitive \Large\int_{-\infty}^{x}e^{-t^2}dt par exemple.
Le fait qu'on arrive pas à la calculer n'empèche pas qu'elle existe.

Par contre pour prouver qu'on ne peut exprimer simplement cette primitive en terme de fonctions usuelles, il faut faire un peu de théorie de galois différentielle.

Il est tres facile toutefois de calculer la valeur de l'intégrale sur R (la méthode a deja ete indiquee, on peut aussi la retrouver à partir de la fonction gamma) et on peut obtenir une assez jolie expression de la primitive (appelée erf je crois) en developpant l'exponentielle en série.

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:28

ok ok!
Par contre, Rodrigo qu'entend tu par "on peut aussi la retrouver à partir de la fonction gamma" ?

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:34

OUi on peut retrouver la valeur de cette intégrale à partir de la formule des compléments. Tu peux chercher c'est pas tres difficile....

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:37

C'est quoi la formule des compléments ?
Je sais que \Gamma(x)=\Bigint_{0}^\infty t^{x-1}e^{-t}dt, et ensuite ?

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:53

La formule des complements dit que \Gamma(z)\Gamma(1-z)=\frac{\pi}{\sin(\pi z)}. Elle est valable sur C tout entier...Donc a priori il faudrait que tu connaisses le prolongement meromorphe de gamma.Mais ici comme tu t'intersse à la valeur de 1/2 ce suffit.

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:54

Par contre établir la formule des compléments est pas si trivial...mais pas tres dur non plus.

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 14:59

Je ne connais pas les "prolongements méromorphe".
Nous avons nous définis la fonction gamma pour x réel!

J'aimerais bien avoir la démonstration de la formule des compléments dans le cas réel si possible.

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 15:08

Hum dans le cas réel...je vais chercher pour voir si je trouve une démo élémentaire dans le cas réel...je te promet rien car dans le cas complexe on utlise des propriétés de méromorphie...Je vais grifonner deux trois trucs

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 15:16

Ok Rodrigo
Cela m'intéresse uniquement dans le cas réel car j'ai pas encore étudié le cas complexe.

Posté par
Rodrigo
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 16:13

Bon il me semble que j'ai trouvé une solution, mais je dois avouer que c'esta sssez technique...d'aucun diront peu élégant, enfin elle a le mérite d'être élémentaire. Je te la donne sous les randes lignes car c'est assez long, et le détali des calculs est ma foi peu interssant...

On considère s un réel 0<s<1.

On montre d'abord que

\Large \Gamma(s)\Gamma(1-s)=\int_{0}^{1}\frac{t^{s-1}}{1+t}dt+\int_{0}^{1}\frac{t^{-s}}{1+t}dt

Cela résulte de manipulations (qui a dit cuisine?) élémentaires sur les intégrales (des chgts de variables en fait)

Ensuit il est naturel de developper les intégrales de droite en série, l'ennui c'est qu'aucun théorème général ne s'applique on prouve alors à la main (en controlant le reste de la série gémoétrique) que

\Large \Gamma(s)\Gamma(1-s)=\frac{1}{s}+\sum_{n=1}^{\infty} 2 \frac{(-1)^ns}{s^2-n^2}

La je dois avouer que j'étais un peu déçu par la forme de la série...mais bon on préssent quand même un développpement en série de fourier. Alors j'ai développe sin(s \pi) en série de fourier (vu qu'elle intervient dnas la formule) ca donnait quelque chose approchant mais pas tout à fait ça... Qu'a cela ne tienne, j'ai essayé son copain cosinus. Et apres quelques essais, j'ai trouvé la bonne fonction

Pour 0<t<1
\Large \cos(st)= \frac{\sin(\pi s)}{\pi s}+\sum_{n=1}^{\infty}\frac{2\sin(\pi s)}{\pi}\frac{(-1)^ns}{s^2-n^2}\cos(nt)

Puis on évalue cette égalité en t=1 qui nous donne que la somme intervenant dans la formule de gamma(s)gamma(1-s) est bien égale à pi/sin(pi*s). Pout 0<s<1.

Bon tout ce travail pour calculer gamma(1/2), c'est un peu beaucoup, mais la formule qu'on a établit dite des complements est tres utile (pour l'étude de la fonction zeta notemment et de toutes les fonctions L en général qui sont intimement liés avec la fonction gamma.)

Posté par
H_aldnoer
re : intégrale exponentielle de -x^2 sur R 16-12-07 à 16:19



Bon va falloir que je reprenne ça!


Merci.



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