Coordonnées polaires et Fubini
dans Analyse
Rebonjour à tous,
a) Calculer l'intégrale $I(R) = \int_{B(0,R)} e^{-\pi (x^2+y^2)} d \lambda (x,y)$ à l'aide des coordonnées polaires où $B(0,R) = \{ (x,y) \in \mathbb{R}^2 | x^2+y^2 \leq R^2 \}$.
b) En utilisant le théorème de convergence monotone et a), montrer que $\int_{\mathbb{R}^2} e^{-\pi (x^2+y^2)} = 1$.
c) A partir de b) et du théorème de Fubini, montrer que l'on a bien $\int_{\mathbb{R}} e^{-\pi x^2} dx = 1$.
Pour la a), j'ai introduit $\Phi : ]0,R] . [0,2\pi[ \rightarrow B(0,R)$
$(r, \theta) \rightarrow (r \cos \theta, r \sin \theta)$.
Le déterminant de la matrice Jacobienne est $r$.
$\int_{B(0,R)} e^{-\pi (x^2 + y^2)} dxdy = \int_{]0,R].[0,2\pi[} re^{-\pi r^2} dr d\theta = \int_{]0,R]} \int_{[0,2\pi[} re^{-\pi r^2} d \theta dr = 1-e^{-\pi R^2}$.
b) Je ne vois pas bien comment faire ici !
On a clairement $1-e^{-\pi R^2} \rightarrow_{R \rightarrow +\infty} 1$ mais je ne vois pas comment utiliser la convergence monotone ici.
Quelqu'un pourrait m'aider et me dire si la a) est juste ?
a) Calculer l'intégrale $I(R) = \int_{B(0,R)} e^{-\pi (x^2+y^2)} d \lambda (x,y)$ à l'aide des coordonnées polaires où $B(0,R) = \{ (x,y) \in \mathbb{R}^2 | x^2+y^2 \leq R^2 \}$.
b) En utilisant le théorème de convergence monotone et a), montrer que $\int_{\mathbb{R}^2} e^{-\pi (x^2+y^2)} = 1$.
c) A partir de b) et du théorème de Fubini, montrer que l'on a bien $\int_{\mathbb{R}} e^{-\pi x^2} dx = 1$.
Pour la a), j'ai introduit $\Phi : ]0,R] . [0,2\pi[ \rightarrow B(0,R)$
$(r, \theta) \rightarrow (r \cos \theta, r \sin \theta)$.
Le déterminant de la matrice Jacobienne est $r$.
$\int_{B(0,R)} e^{-\pi (x^2 + y^2)} dxdy = \int_{]0,R].[0,2\pi[} re^{-\pi r^2} dr d\theta = \int_{]0,R]} \int_{[0,2\pi[} re^{-\pi r^2} d \theta dr = 1-e^{-\pi R^2}$.
b) Je ne vois pas bien comment faire ici !
On a clairement $1-e^{-\pi R^2} \rightarrow_{R \rightarrow +\infty} 1$ mais je ne vois pas comment utiliser la convergence monotone ici.
Quelqu'un pourrait m'aider et me dire si la a) est juste ?
Réponses
-
Bonjour,
Le calcul de l'intégrale est exact, de plus :
\[\int_{B(0,R)}e^{-\pi (x^2 + y^2)}\,dxdy=\int_{\R^2}e^{-\pi (x^2 + y^2)}\mathbf{1}_{B(0,R)}(x,y)\,dxdy\]
et c'est cette dernière intégrale qui relève du théorème de convergene monotone. -
Un détail :
On intègre sur la Boule fermée de rayon $R$, centrée en $0$.
Ne faut-il pas préciser quelque chose pour ensuite exclure $0$ dans le domaine de définition de $\Phi$ ?
Remarque : beaucoup de rédactions passent cela sous le tapis. Pire on voit parfois que $0$ est inclus dans le domaine de $\Phi$ et du coup on n'a pas sa bijectivité. Là, c'est propre ;-)
Par exemple j'aurais dit : l'intégrande est bornée (continue) en $0$ pour justifier qu'on peut le retirer sans changer la valeur de l'intégrale.
C'est juste un détail et une question aux experts.
Connectez-vous ou Inscrivez-vous pour répondre.
Bonjour!
Catégories
- 163.1K Toutes les catégories
- 8 Collège/Lycée
- 21.9K Algèbre
- 37.1K Analyse
- 6.2K Arithmétique
- 53 Catégories et structures
- 1K Combinatoire et Graphes
- 11 Sciences des données
- 5K Concours et Examens
- 11 CultureMath
- 47 Enseignement à distance
- 2.9K Fondements et Logique
- 10.3K Géométrie
- 62 Géométrie différentielle
- 1.1K Histoire des Mathématiques
- 68 Informatique théorique
- 3.8K LaTeX
- 39K Les-mathématiques
- 3.5K Livres, articles, revues, (...)
- 2.7K Logiciels pour les mathématiques
- 24 Mathématiques et finance
- 312 Mathématiques et Physique
- 4.9K Mathématiques et Société
- 3.3K Pédagogie, enseignement, orientation
- 10K Probabilités, théorie de la mesure
- 772 Shtam
- 4.2K Statistiques
- 3.7K Topologie
- 1.4K Vie du Forum et de ses membres