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Niveau école ingénieur
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Dérivée d'une intégrale généralisée

Posté par
zigororo
18-04-13 à 13:29

Bonjour à tous !
Je vous présente la cause des mes ennuis :

f(x)=x2 * (1+u2)/u3 du  avec l'intégrale allant de x jusqu'à + .

Je dois montrer que cette fonction est de classe C1 sur ]0;+[ et montrer que sa dérivée est :

f '(x) = (2*f(x) - 1+x2)/x    ...

mais je ne vois ABSOLUMENT PAS comment faire ! Aidez-moi SVP !!

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:37

Bonjour,
une intégrale c'est une différence de primitives, non?

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:37

Oui mais je n'arrive pas à avancer avec les primitives ..

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:41

N'essaie pas de la calculer explicitement, tu as juste besoin de savoir que l'intégrale est une différence de primitive, une fois que tu dérives, ces primitives disparaissent...

Si tu appelles G une primitive de racine(1+u^2)/u^3, alors tu as

f(x)=x^2*(G(x)+cte)

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:45

Mais on ne prend pas en compte les bornes d'intégration ?

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:50

Comment tu calcules une intégrale à l'aide de primitives?

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:53

Ben la différence des deux primitives ayant pour valeurs les bornes d'intégration. Mais on a + infini dans les bornes

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:56

Ça ne change rien avec +oo, mais de toute façon tu peux l'écrire G+cte non?

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 13:58

... Je ne vois pas

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:00

si G est une primitive de g, que vaut
\int_a^b g(u)du ?

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:01

G(b) - G(a)

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:06

Ok et si b=x et et a=oo ça fait la même chose mais avec b=x et a=oo ...

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:07

Est-ce que tes bornes sont bien dans le bon sens?
\int_x^{+\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:16

Avec ton aide j'ai pu comprendre en fait ! La dérivée de f nous fera disparaître G pour donner g(+) et g(x), et comme g(+) =0, je retombe bien sur l'expression souhaitée ! Merci !

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:18

Mais maintenant, je dois montrer que :

f(x) = 1/2 * 1+x2 + (x2/2) * 1/(u * 1+u2) du , avec l'intégrale allant de x à +.

Il faut se servir de l'expression de f' non ?

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:21

Oui c'est l'idée (14h16) mais est ce que les bornes d'intégration sont dans le bon ordre (mon post de 14h07)?

Essentiellement tu as donc

f(x)=x^2(G(x)+cte)  ou  f(x)=x^2*(cte-G(x)) dépendamment de l'ordre des bornes d'intégration (j'attends ta confirmation).

x->x^2 est C1 de même que G

Finalement tu peux dériver en remarquant que c'est un produit...

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:24

En réalité je ne tiens pas compte de l'ordre des bornes puisqu'elles sont données comme-ci dans l'énoncé... Est-ce une erreur ?

Posté par
kybjm
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:25

Pour x > 0 on a donc f(x) = x²v(x) où v(x) = x+ (1 + u²)1/2u-3  (j'espère que tu as dit pouquoi cette intégrale existe) .
Le problème est de voir (sans avoir à "calculer l'intégrale " càd  exprimer v(x) en  n'utilisant pas le signe mais uniquement des fonctions déjà connues) que  v est dérivabe et que , pour x > 0 , on a : v '(x) = -(1 + x²)1/2x-3 . Ce qui gêne c'est le + car si on avait  ax .. on saurait faire .
Tu prends  a > 0 . Pour tout x > 0 tu as (Chasles) :  v(a) - v(x) =  ax ..  

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:26

Non ce n'est pas une erreur, je voulais juste en être sur, j'avais confondu un de tes - avec un + mais c'est probablement ce que j'ai dit à 14h07 maintenant que j'ai vu mon "erreur" de lecture

C'est donc la dérivée d'un produit de la forme

f(x)=x^2*(cte-G(x))

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:30

Oui voilà c'est ça !
Et pour après du coup (mon message de 14:18), faut-il se servir de l'expression de f ' ?

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:41


f(x)=x^2\int_x^{\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du

donc en dérivant

f'(x)=(x^2)'\int_x^{\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du+x^2\left(\int_x^{\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du\right)'
 \\ =
 \\ 2x\int_x^{\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du+x^2\left(cte-G(x))'
 \\ =
 \\ 2x\int_x^{\infty} \frac{\sqrt{1+u^2}}{u^3}du-x^2g(x)
 \\
maintenant tu te rends compte que
2x\int_x^{\infty} = 2f(x)/x
et g(x)=\frac{\sqrt{1+x^2}}{x^3}
en remplaçant on a donc
f'(x)=2f(x)/x - x^2 \frac{\sqrt{1+x^2}}{x^3}
 \\ =
 \\ \frac{2f(x)-\sqrt{1+x^2}}{x}
 \\
CQFD

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:42

Oui c'est ce que j'ai trouvé ! Mais pour la suite ? ^^ (désolé d'insister mais j'ai vraiment besoin d'aide :/ )

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:43

Bin y a pas de suite dans ton énoncé ... l'exercice que tu as posté est 100% résolu ...

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:45

Ok, je n'avais pas compris que 14h18 était la suite de ton énoncé. Il faut éclaircir un peu ta formule, est-ce

Tu peux soit essayer d'y aller directement, soit montrer que ce que l'on te donne vérifie l'équation différentielle que tu as trouvée

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:47

oups, j'avais commencé une phrase que je n'avais pas fini, est ce que

f(x)=\frac{1}{2}\sqrt{1+x^2} +\frac{x^2}{2}\int_{x}^{\infty}\frac{du}{u\sqrt{1+u^2}}

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:54

* Oui c'est bien cette expression
* Je n'avais pas pensé à vérifier qu'elle était solution de l'équa diff... Je pensais établir l'égalité directement, mais je me retrouve très vite bloqué :
en fait dans l'expression de f de départ, je multiplie le numérateur et le dénominateur par 1+u2 pour ensuite séparer mon intégrale en deux et avoir un des termes demandés (à un coefficient 1/2 près). Mais cela m'oblige à résoudre l'intégrale :

x + 1/(u3*1+u2) du ...

Une opinion là dessus ?

Posté par
kybjm
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 14:57

Tu poses g(x) = " 1/2 * 1+x2 + ..., avec l'intégrale allant de x à +" .

Tu dérives g . Si tu trouves que g ' = f 'c'est quie  f - g  est constante .
Si f et g admettent des limites et que celles ci sont égales tu auras ton résultat  
,

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 15:04

D'accord ! Je vais essayer tout de suite et je te tiens au courant !

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 15:28

J'arrive à l'égalité suivante :

g '(x) - f '(x) = (2/x) * [g(x) - f(x)]
...

Qu'est ce qu'on peut en tirer ?

Posté par
otto
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 15:34

Je n'ai pas vérifié tes calculs, mais ce qu'on peut tirer de ce que tu dis c'est que

g(x)-f(x)=Cx^2 pour une certaine constante C.

Posté par
zigororo
re : Dérivée d'une intégrale généralisée 18-04-13 à 15:37

Hum... Est-ce que si on part de l'expression de f que l'on nous demande d'établir et que l'on en déduit la relation précédemment trouvée entre f '(x) et f(x), est-ce que cela prouve que f s'exprime de cette manière-là ?



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