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Niveau Maths sup
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integrale impropre

Posté par
master_och
27-11-07 à 11:11

Bonjour

On vient de terminer le cours des integrales impropres et là je plonge dans quelques exercices .
Vu que j'ai pas travaillé l'analyse depuis environ 6 mois , je ne suis pas tout à fait sûr de mon travail lorsque j'utilise les changements de variables, à vous de me corriger si je me trompe, voici 2 exemples:

on nous demande de trouver la nature des integrales suivants:
1/ 0-->1 (1-x4)-1/2 dx.
après un premier changement de variable Y=(1-x²)1/2, puis un 2ème Z=Y/2, je trouve une valeur de l'integrale = -/2.
est-ce correcte

2/ 0-->1x(ex-1)dx/(sinx-shx), et là je bloque tout ce que je suis arrivée à faire c'est remplacer l'expression initiale par son équivalent en 0 (point de discontinuité)x²/(sinx - shx) et puis j'arrive pas à avancer.
En fait on nous demande pas de calculer les inetgrales mais juste leurs nature j'ai penser donc à voir si cette fonction est prolongeable par continuité en 0, mais lorsque j'ai calculer la limite j'ai trouvé une limite infini

je vous remercie d'avance pour votre aide .

Posté par
JJa
re : integrale impropre 27-11-07 à 12:08

D'abord, parlons de la première :
il y a probablement une erreur d'écriture dans l'intégrale. En effet, elle ne s'exprime pas avec les fonctions usuelles.
Telle qu'elle est écrite, sa valeur littérale est :
((pi^(1/2))/4)Gamma(1/4)/Gamma(3/4)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 27-11-07 à 19:22

salut jja

Tout d'abord merci a toi pour t'occuper de mon sujet .

Citation :
En effet, elle ne s'exprime pas avec les fonctions usuelles.

Je viens de localiser mon erreur de calcul donc je comprends bien pourquoi t'as dis ça.

Citation :
((pi^(1/2))/4)Gamma(1/4)/Gamma(3/4)


Je comprends pas d'ou viens cette formule (en fait c'est quoi le gamma )

Sinon je tiens à rappeler qu'on nous demande pas de calculer les valeurs exactes des integrale, on nous demande juste de determiner leur nature.

Posté par
JJa
re : integrale impropre 28-11-07 à 07:51

C'est quoi Gamma(x) ?
C'est une fonction, de la même façon que sin(x), ou exp(x) ou ln(x), ou etc. sont des fonctions.
Ce qui change entre toutes ces fonctions est qu'on ne les apprend pas au même niveau d'études. On apprend d'abord les fonctions sinusoidales, puis plus tard le logarithme et l'exponentielle, puis encore plus tard, la fonction Gamma et d'autres fonctions, par exemple les fonctions de Bessel, la fonction Erf et beaucoup d'autres, puis ensuite à un niveau plus élevé les fonction hypergéométriques, etc...
Il est bien évident que tant que tu n'as pas atteint le niveau d'études où on voit la fonction Gamma, tu ne peux pas savoir "d'où vient cette formule" qui contient des fonctions Gamma. C'est pareil pour un élève qui n'a pas encore jamais vu la fonction exponentielle : il ne peut pas comprendre une formule qui contient des exponentielles.

Posté par
master_och
re : integrale impropre 28-11-07 à 14:00

Ok pour l'explication.

Sinon y a pas une méthode pour determiner la nature de ces integrales??
dans notre chapitre les formules qu'on utilise pour determiner la nature d'une integrale impropre sont:
- le théorème d'Abel qui ne peut pas être utilisée ici puisqu'on n'a pas une borne infini dans notre integrale
- Le théorème de comparaison et là je trouve pas la fonction appropriée qui me permettra de deduire la nature.
- les équivalences qui ne m'inspirent pas trops dans ces 2 exemples.
- si une fonction est prolongeable par continuité dans le point de discontinuité alors son integrale converge
- ensuite on a fait quelques fonction particulières:
    -/ 1-->+dt/ta converge ssi a>1
    -/ 0-->1dt/ta converge ssi a<1
    -/ 0-->1Log(t)dt converge
    -/0-->+ e-atdt converge ssi a>0
- une petite propriété qui pourra aider aussi si F(x)=a-->x f(t)dt est majorée alors a-->+f(t)dt converge.

ca te dis quelque chose tt ca

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 28-11-07 à 14:29

Bonjour ;

L'intégrale impropre 3$\blue\fbox{\int_{0}^{1}\;\frac{dx}{\sqrt{1-x^4}}} est convergente pour les raisons suivantes :

\fbox{1} La fonction \fbox{f\;:\;x\to\frac{1}{\sqrt{1-x^4}}} est continue sur [0,1[. (donc localement intégrable sur [0,1])

\fbox{2} En 1^- un équivalent simple de f est la fonction \fbox{g\;:\;x\to\frac{1}{2\sqrt{1-x}}} qui est de signe constant au voisinage de 1 ,
et telle que l'intégrale impropre \fbox{\int_{0}^{1}\;g(x)dx} est convergente. (sauf erreur bien entendu)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 28-11-07 à 21:25

Re

Désolé pour le retard de réponse mais c'est juste que je ne suis pas devant mon PC tt le temps ...

Je vois pas comment demontrer que g(x) est équivalent à f(x), mais cela m'a inspiré à utiliser le théorème de comparaison.
on arrive facilement a demontrer que g(x)>f(x) 0 x[0,1[ comme 0-->1g(x)dx converge donc 0-->1f(x)dx converge.
Merci bien pour ton aide (je serai reconnaissant si tu m'explique comment trouver l'équivalence )

Maintenant je vais replonger dans le 2ème exemple qui semble un peu plus compliqué.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 29-11-07 à 00:14

\fbox{1-x^4=(1+x^2)(1-x^2)=(1+x^2)(1+x)(1-x)}

Posté par
master_och
re : integrale impropre 29-11-07 à 00:42

D'accord en fait j'ai fait cette factorisation mais je savais pas qu'on pouvait remplacer (1+x²) et (1+x) par leur limite.
Encore une fois merci à toi

si t'as des idées sur le 2ème exemple n'hesite pas à me le signaler ....

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 29-11-07 à 00:59

\fbox{sin(x)=x-\frac{x^3}{6}+o(x^3)\\sh(x)=x+\frac{x^3}{6}+o(x^3)} d'où \fbox{sin(x)-sh(x)\displaystyle\sim_{0}-\frac{x^3}{3}} et ainsi 3$\fbox{\frac{x(e^x-1)}{sin(x)-sh(x)}\displaystyle\sim_{0}-\frac{3}{x}} ,
l'intégrale impropre 3$\fbox{\int_{0}^{1}\;\frac{x(e^x-1)}{sin(x)-sh(x)}dx} est donc divergente. (sauf erreur bien entendu)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 29-11-07 à 11:23

J'ai complètement oublié les developpement limités, il va me falloir revoir tous ces formules.

t absolument le meilleur elhor_abdelali ,merci infiniment .

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 29-11-07 à 13:40

Heureux d'avoir pu t'aider master_och

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 18:21

Bonsoir

Encore une question sur les integrales impropres:

Il y'a une remarque qui me parait très évidente graphiquement mais je trouve aucune propriété qui la confirme dans mes cours, à vous de me corriger si je me trompe:

Si on a lim f(x) 0 en + l'infini alors a+f(x)dx diverge.

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 18:28

avec f(x) continue sur [a,+[  biensur et a étant fini.
merci d'avance.

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 20:26

Je vais expliquer comment j'ai déduit cette propriété qui me parait comme je l'ai déjà di très évidente graphiquement:
si lim f(x) = l 0 alors l'integrale sera l'aire de la partie du plan délimité par la courbe de f, la droite d'équation x=a et l'axe des abscisses, ce qui donne une aire de l x + = + donc l'integrale diverge.
si l=+ l'aire sera + x + = + ...

Si je me trompe quelque part prière de le signaler, car je suis entrain d'utiliser cette propriété dans les exercices en espérant que c'est correcte sinon tout ce que j'ai travaillé et complètement faut .

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 10-12-07 à 22:10

Non , c'est malheureusement faux si f n'est pas monotone comme le montre l'exemple suivant :

Pour n\in\mathbb{N}^* on définit la fonction f_n sur l'intervalle I_n=[n-\frac{1}{2n^3},n+\frac{1}{2n^3}] par ,
3$\fbox{f_n(x)=\{{2n^4(x-n)+n\;si\;n\in[n-\frac{1}{2n^3},n]\\-2n^4(x-n)+n\;si\;n\in]n,n+\frac{1}{2n^3}]}

il est facile de vérifier que les segments (I_n)_{n\in\mathbb{N}^*} sont 2 à 2 disjoints et que f_n est continue sur I_n ,
on définit alors , sur [0,+\infty[ , la fonction 4$\fbox{f=\Bigsum_{n=1}^{+\infty}f_n\mathbb{1}_{I_n}} ,

on a bien f continue positive et 3$\fbox{\int_{0}^{+\infty}f(x)dx=\Bigsum_{n=1}^{+\infty}\frac{1}{2n^2}<+\infty}
et pourtant f n'admet pas de limite en +\infty (sauf erreur bien entendu)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 22:23

bonsoir elhor_abdelali

Peux tu m'expliquer l'expression de f(x) stp (je comprends pas la notation)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 22:32

je veux dire plutot l'expression de fn(x), on a toujours n[n-1/(2n3),n] non .

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 23:03

En fait je viens de trouver une demo à la propriété que j'ai proposé plus convaincante que la première.
on a f continue sur [a,+[
et on a lim x--> +f(x)=l 0.
-/ dans le cas où l {+,-} f~l au V(+).
==> f(x)dx et ld(x) (l cste)ont même nature, ldx diverge donc f(x)dx diverge.

-/dans le cas où l=+.
ona lim x--> +f(x)=+ ==> A>0 B[a,+[ tq x>B f(x)>A, or B-->+Adx diverge, donc B-->+f(x)dx diverge d'où la divergence de
a-->+f(x)dx = a-->Bf(x)dx + B-->+f(x)dx.

-/ de même pour le cas de l=-.

y-a-t-il une erreur

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 10-12-07 à 23:09

autant pour moi
lire plutôt 3$\fbox{f_n(x)=\{{2n^4(x-n)+n\;si\;x\in[n-\frac{1}{2n^3},n]\\2n^4(n-x)+n\;si\;x\in[n,n+\frac{1}{2n^3}]} (sauf nouvelle erreur)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 10-12-07 à 23:12

d'accor là c'est plus claire ,mais je comprends toujours pas l'expression de f(x) (je connais pas la notation).

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 10-12-07 à 23:53

Voici l'allure de (\scr C_{f})

intégrale impropre.

Posté par
master_och
re : integrale impropre 11-12-07 à 00:00

Alors là vraiment je trouve pas les mots pour te remercier pour le temps que tu consacre à aider les autres.

Je comprends de ca que f(x) = fn(x) si xIn et f(x)=0 sinon, c'est ca.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 11-12-07 à 00:07

exactement

Posté par
master_och
re : integrale impropre 11-12-07 à 00:22

En effet elhor t'as tout à fait raison ta fonction n'admet pas de limite mais elle converge apparament, mais cela ne contredit pas ce que j'ai dit.
ce que j'ai dit est le suivant:
-/ si f(x) est continue sur [a,+[

-/ et si lim x-->+f(x) = l0

alorsa-->+f(x)dx diverge.

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 11-12-07 à 00:34

Tu avais plutôt dis (post du 10/12/2007 à 18:21)

Citation :
Si on a lim f(x)0 en + l'infini alors a+f(x)dx diverge.


la fonction que j'ai donné vérifie bien \lim_{+\infty}f\neq0

Posté par
master_och
re : integrale impropre 11-12-07 à 00:38

Ah d'accor je me suis mal exprimé alors ,dsl .
Sinon ce que je dis dans mon poste du  11/12/2007 à 00:22, est-t-il correct (je l'ai expliqué dans mon poste du 10/12/2007 à 23:03).

Posté par
elhor_abdelali Correcteur
re : intégrale impropre. 11-12-07 à 00:54

Oui , la proposition :

Citation :
Si f admet une limite (finie ou infinie) en +\infty et si cette limite est distincte de 0 alors l'intégrale \int_{a}^{+\infty}f(x)dx est divergente


est vraie. (à condition bien entendu que f soit intégrable sur [a,+oo[)

Posté par
master_och
re : integrale impropre 11-12-07 à 00:57

Enfin je suis rassuré, ce qui m'étonne c'est que j'ai aucune proposition a propos de ca dans mon cour.

un grand merci à toi , et bonne nuit .



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