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Niveau maths spé
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Intégrale Généralisée

Posté par
Mathia
27-10-08 à 19:19

Bonjour ! J'aurais besoin de votre avis sur cet exercice pour déterminer la nature des intégrales généralisées \int_{0}^{+\infty} \frac {ln(1+x)} {x^(3/2)} dx
\int_{0}^{+\infty} \frac {x} {e^x -1} dx et  trouver les réels a et b pour que l'intégrale \int_{1}^{+\infty} \frac {1} {x^a(x-1)^b} dx existe .

Merci de m'aider pour les étapes de rédaction et de résolution .

Math

Posté par
xyz1975
re : Intégrale Généralisée 27-10-08 à 19:24

Pour la première le problème se pose en 0 et en +infini.
En zéro :
La fonction est équivalente à \frac{1}{x^{\frac{1}{2}}}
Comme le signe est constant alors on peux en déduire sur la nature, 1/2 est inférieur à 1 donc elle est convergente en 0.
En +infini :
Intégrale de Bertrand puisque ln(1+x) est équivalente à ln(x).

Posté par
Mathia
re : Intégrale Généralisée 27-10-08 à 20:01

Ok , et comme 3/2>1 donc elle converge aussi.
D'où la convergence de l'intégrale .

Par contre , j'ai encore du mal avec les deux autres .
(Ce n'est pas la peine de passer par un DL pour les 2 premières ? Est ce que l'équivalence suffit ?)

Et pour la troisième , je pense que la borne 1 impose que b<1 , mais ne voit pas pour l'infini .

Posté par
xyz1975
re : Intégrale Généralisée 27-10-08 à 20:17

Pour la deuxième le 1 est une fausse singularité c'est à dire on a aucun pb en ce point car il est fini et la fonction est prolongeable par continuité.
Le pb est à l'infini : une équivalence donne :
xe^{-x}dans ce cas il faut multiplier par x^2.

Posté par
xyz1975
re : Intégrale Généralisée 27-10-08 à 20:25

Je ne vois pas l'utilité des DL ici puisque les équivalences donnent un résultat (les fonctions sont de signe constants).
Pour la dérnière,
Au voisinage de 1 :
La fonction est équivalente à \frac{1}{(x-1)^b} l'intégrale est convergente si et seulement si b<1.
Au voisinage de +infini :  
La fonction est équivalente à \frac{1}{x^{a+b}}
Elle est convergente si et seulement si 1<a+b.
Réunir les deux conditions.

Posté par
lyonnais
re : Intégrale Généralisée 28-10-08 à 00:09

Tu peux même calculer les intégrales si jamais tu veux t'amuser

x/(exp(x)-1) = x/[exp(x).(1-exp(-x))] = x.exp(-x).(1/(1-exp(-x))

Donc :

\Large{\Bigint_{0}^{+\infty} \frac{x}{e^x-1} dx = \Bigint_{0}^{+\infty} x.e^{-x}\sum_{n=0}^{+\infty} e^{-nx} = \Bigint_{1}^{+\infty} \sum_{n=1}^{+\infty} x.e^{-nx}

En utilisant le théorème de convergence dominée, on montre que l'on peut intervertir somme et intégrale et alors :

\Large{\Bigint_{0}^{+\infty} \frac{x}{e^x-1} dx = \sum_{n=1}^{+\infty} \Bigint_{1}^{+\infty} x.e^{-nx} = \sum_{n=1}^{+\infty} \frac{1}{n^2} = \frac{\pi^2}{6}

La calcul de l'intégrale se faisant via une IPP.

A bientôt

Posté par
lyonnais
re : Intégrale Généralisée 28-10-08 à 10:19

Bien évidemment, c'est toujours :

\Large{\Bigint_{0}^{+\infty}
Faute de frappe ...

Posté par
Mathia
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 06:37

Le calcul me laisse perplexe car j'en déduit que la série converge alors ?!
Car en l'infini :
la fonction est équivalente à x/exp(x) ie à x donc elle diverge non ?

Merci de m'éclairer  !

Posté par
Mathia
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:08

Aucune proposition ?

Posté par
gui_tou
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:15

salut

En l'infini la fonction est dominée par exp(-x/2) car 4$\fr{\fr{x}{e^x-1}}{e^{-x/2}}\sim_{+\infty}\fr{x.e^{x/2}}{e^x}=\fr{x}{e^{-x/2}}\longright_{x\to+\infty}0

3$\fr{x}{e^x}=\mathcal{O}\(e^{-x/2}\)\\e^{-x/2}\ge 0 \rm{ sur }[1,+\infty[\\\Bigint_1^{+\infty}e^{-x/2}dx \;\rm{ converge  et le critère de domination donne la convergence 3$\Bigint_1^{+\infty}{4$\fr{x}{e^x-1}}dx

Posté par
gui_tou
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:18

Zut, 4$\fr{\fr{x}{e^x-1}}{e^{-x/2}}\sim_{+\infty}\fr{x.e^{x/2}}{e^x}=\fr{x}{\fbox{e^{x/2}}}\longright_{x\to+\infty}0

Posté par
Mathia
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:20

Est ce que c'est normale que la borne soit 1 et pas o comme dans l'énoncé ?

Posté par
gui_tou
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:22

oui, je te laisse le soin de vérifier que 3$\Bigint_0^1{4$\fr{x}{e^x-1}}dx converge

Posté par
Mathia
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:26

Ou avais je la tête (chasles bien sûr ...)

Posté par
gui_tou
re : Intégrale Généralisée 29-10-08 à 11:32

Mais vu que 3${4$\fr{x}{e^x-1}}\sim_01, il n'y a pas de souci en 0, on peut prolonger la fonction sous l'intégrale en une fonction continue sur IR+



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