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Intégration de Riemann

Bonjour
J'ouvre ce fil car dans le livre Intégration et Applications, il manque la correction d'un exercice sur la convergence d'intégrales, et je bloque sur pas mal d'entre elles. Aussi, je vais en présenter plusieurs, mais pas toutes d'un coup. Je vous remercie par avance pour votre aide.

Voilà la première :$$\int_{\frac{1}{2}}^1 \dfrac{dx}{x(1-x^3)^{2/3}}
$$ Je n'ai même pas d'idée sur sa convergence ou sa divergence.
J'ai essayé de la minorer par $\displaystyle{\int_{\frac{1}{2}}^1} \dfrac{dx}{(1-x^3)^{2/3}}$ mais ça ne m'avance pas à grand chose, du moins je crois.
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Réponses

  • un coup de Cauchy-Schwarz non?
  • Cauchy Schwarz? Pour une intégrale? Jamais vu ça ^^

    Mais merci du conseil.
  • Situation complètement standard : la fonction est continue sur $\left[\frac12,1\right[$. Au voisinage de $1$, la fonction est de signe constant et admet un équivalent simple dont on peut calculer une primitive.
  • Ok merci Math Coss. Reste à trouver ce fichu équivalent, je m'y attelle.
  • Tu veux dire « pas toutes d'un coup » ?
    Tu n'as pas dit si la question est de déterminer la nature de cette intégrale ou d'en calculer la valeur si elle converge.
  • La question est uniquement de déterminer la nature de l'intégrale.

    Ps: c'est modifié.
  • Quand on voit du $(1-x^3)$, on doit avoir un réflexe, à savoir factoriser $1-x$.
  • Alors fais ce que dit Math Coss, prends un équivalent au voisinage de $1$. L'intégrale est convergente.
    Si tu veux aller plus loin, tu peux calculer la valeur de cette intégrale par changement de variable, mais c'est une autre affaire. Pour l'instant, mieux vaut faire seulement ce qui est demandé.
  • changement de variable h=1-x pour se ramener à 0 ensuite un équivalent simple en 0 serait 1/h^(2/3) intégrale de Riemann cv au voisinage de 0
  • En factorisant, je vois venir le DL de $\dfrac{1}{1-x}$. Mais je ne peux pas remplacer comme ça.
  • Merci Zimbabou.
  • j'ai du oublier un coefficient 3^(2/3)
  • Je ne trouve pas d'équivalent même en faisant le changement de variable. Je ne vois pas de DL une fois que c'est fait. Et sans le changement de variable je suis également coincé.
  • $$(1-x^3)=(1-x)(1+x+x^2)$$
  • $(1-x^3)=(1-x)(1+x+x^2)$ donc en 1 $1-x^3\sim ?$
    Le 😄 Farceur


  • Je sais bien mais je ne vois pas en quoi cela m'aide dans mon calcul. Je ne peux pas faire le DL en 0, je n'y suis pas, et si je fais le changement de variable je perd cette information.
  • Ou alors je n'ai décidément rien compris aux DL.
  • Ton problème est en $1$, pas en $0$ ! Pourquoi voudrais-tu faire un DL en $0$ ?
  • Merci Gebrane, mais... je ne vois pas. :-S
  • Quelle est la limite en $1$ de $1+x+x^2$ ? Avec ça tu sais donner un équivalent en $1$ de $1-x^3$.
  • Eh bien justement, l'ultime question : la solution est elle de chercher des DL en 1? Je pense que la réponse est oui mais chercher des DL en 1 à l'aveugle ça mme parait hasardeux.
  • Ah
    l’intégrale est généralisée en quels points( sans faire de changement de variable)
    Le 😄 Farceur


  • Il n'y a pas de DL en $1$ à faire, ta fonction explose en $1$...
  • Bon la limite est 3. Donc $1-x^3$ est équivalente à $3(1-x)$?
  • Tu doutes?
    Le 😄 Farceur


  • Il faudrait que tu sois sûr de ce que tu affirmes. Ensuite toute la question est l'intégrabilité ou non de $x \mapsto 1/(1-x)^{2/3}$ au voisinage de $1$.
  • Je dois avouer que je suis arriver jusque là sans jamais vraiment essayer de comprendre et trouver les équivalents. Mais bon, je suis plein de bonne volonté maintenant ;)
  • C'est bien dommage, c'est une notion très puissante et très importante en analyse ! En plus ce n'est vraiment pas l'équivalent le plus compliqué à obtenir...
  • il faut essayer en effet de voir où sont les pb > division par zéro ou borne infinie en général -

    ici c'est en 1 où on essaye de voir comment la fonction "explose" pour reprendre le terme de Poirot - et pour cela on essaye de se ramener via des DL ou équivalents à des fonctions connues genre intégrale de Riemann 99% du temps
  • C'est donc plein d'assurance que j'affirme mon équivalence.

    Ensuite, pour $\dfrac{1}{(1-x)^{2/3}}$, en faisant cette fois ci le changement de variable $h=1-x$, je trouve qu'elle est intégrable car c'est $2/3<1$. Et donc ma fonction de départ est intégrable. Pfiouh.

    La deuxième dont je n'arrive pas à déterminer la convergence ou la divergence est
    $\displaystyle{\int_0^1} \dfrac{dx}{e^x -cos (x)}$

    Mais je vais chercher un peu, si je reviens ce sera avec des résultats!


    Merci à vous pour votre aide en tout cas.
  • Réflexe numéro 1 : identifier les endroits de l'intervalle où il y a un problème.

    Réflexe numéro 2 : étudier la taille de la fonction près de ces points.

    Réflexe numéro 3 : vérifier les estimations et employer un théorème correct pour conclure.
  • Je la trouve divergente.

    Car la fonction est équivalente en 0 à $\dfrac{e^x}{e^x-1}$. Donc les intégrales des fonctions sont de même nature, par le corollaire d'une proposition nommée Critère de comparaison.
  • comment arrives-tu à cet équivalent en 0 ?

    j'aurais suivi la méthode de mister Poirot

    (1) sur ]0;1] c'est continu donc oki
    (1') en 0 y a un souci, le bas tend vers 0
    (2) on évalue la "taille" du bas en 0 par des DL : e(x) -cos(x) = là on sait faire des DL faciles en 0
    (3) on conclut selon ce que le 2 à donné

    ....
  • J'ai suivi la méthode. Je trouve ça car le cosinus est équivalent à 1 en zéro, et j'ai rajouté l'exponentielle du haut pour pouvoir calculer explicitement l'intégrale, qui diverge.
  • Tu n'as besoin de calculer aucune intégrale pour conclure à la nature de ce genre d'intégrale. Il faut seulement connaître les règles usuelles de l'intégrabilité des fonctions puissances ! Le but est de trouver un équivalent avec de telles puissances.
  • Je sais que je n'ai pas besoin de le faire, mais c'est ce qui m'a semblé le plus simple. Après en effet je peux (et je vais!) le faire avec des DL. Mais ai-je faux?
  • Ton équivalent est bon mais pas très naturel. Encore une fois, le plus simple est de se ramener à un équivalent ne faisant intervenir que des puissances de $x$. Ici ça donne quoi ?
  • J'ai été occupé toute la journée d'où ma réponse tardive.

    Avec les développements limités, que je prends d'ordre 1, on se retrouve avec du $\dfrac{1}{x}$, qui va diverger car la puissance de $x$ est $1$.
  • Oui c'est bon !
  • Bonsoir, voilà une nouvelle intégrale dont je n'arrive pas à déterminer la nature.
    $\displaystyle{\int_0^{\infty}} \dfrac{\sin(1/x^2)}{\ln(1+\sqrt{x})}dx$
    Auriez-vous des indications ? Je vois déjà une équivalence en 0 en remplaçant le sinus par $1/x^2$ mais ça ne m'aide pas tellement.

    Merci.
  • En $0$ la fonction est majorée par $\frac{1}{\ln(1+\sqrt{x})}$ qui est intégrable. En effet $$\lim_{x\to 0^+} \frac{\sqrt{x}}{\ln(1+\sqrt{x})} = 1,$$ par la règle de l'Hospital. Ceci conclut l'intégrabilité en $0$. En l'infini, tu as compris le truc.
  • Merci pour la réponse.

    Cependant je n'ai pas compris le truc en l'infini, la même majoration ne me permet pas de conclure. Je vois bien qu'elle tend vite vers zéro et que ça va bien se passer mais je ne sais pas comment procéder. Tout compte fait je ne comprends pas trop quel critère tu utilises, en faisant apparaître la racine au numérateur.
  • Mieux que la règle de L'Hospital, c'est un équivalent bien connu, c'est le nombre dérivé de $\ln$ au point 1.
    Cette « règle » n'est d'aucune utilité, elle n'est à juste titre au programme nulle part.
  • En terme de ressources intellectuelles ( :-D ), je trouve l'Hospital moins fatiguant que les développements limités, mais c'est VRAIMENT personnel.

    En $+\infty$, on a $$\lim_{x \to +\infty} x^2 \frac{\sin(1/x^2)}{\ln(1+\sqrt{x})} =0$$ car $\lim_{x\to +\infty} x^2\sin(1/x^2)=1$. (Ceci est bien connu, à un changement de variables prêt c'est le classique $\sin(x)/x$ en zéro.) Ceci conclut l'intégrabilité en $+\infty.$


    EDIT : Si la limite multipliée par $\sqrt{x}$ existe et est finie, ça vaut bien dire qu'il existe une constante $C$ telle que $|f(x)| \leq C/{\sqrt{x}}$ right ?
  • Right merci.
  • Chacun ses goûts.
    Moi je n'ai jamais exposé ni utilisé cette règle de toute ma carrière.
    Quand ma fille est arrivée en Math. Sup., c'était la base du cours de son professeur. Mais ça n'a jamais figuré au programme.
  • Cyrano serait le prof de ta fille?

    Cyrano,après Roxanne, c'est le moment de l'aveu à Chaurien...
  • Pour continuer sur ma lancée : pour $a,\beta \in \R,\quad \displaystyle{\int_0^{\infty}}e^{-ax}x^{\beta}dx$

    Et si ce n'est pas exagéré, ne me donnez pas la réponse, juste des pistes s'il vous plaît.
  • @Toborockeur : je rebondis sur ce que tu as dit tout à l'heure. Tu as remplacé $\sin(1/x^2)$ par $1/x^2$ quand $x \to 0$, est-ce que tu vois que c'est complètement absurde ?

    Pour ta nouvelle intégrale, même méthode que d'habitude, regarder ce qu'il se passe aux bornes, et c'est tout. On pourra utiliser judicieusement les croissances comparées ici.
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