Valeur approximative d'une intégrale

Bonjour à tous et à toutes,

Si j'ai un QCM ou $\int_ {e} ^ {2e} \frac {x} {\ln(x)} dx $ est égal a :

a)6.55
b)7.28
c)7.93
d)7.96
e)8.10
f)10.10

Quelle est la valeur exacte de cette intégrale?

Quel est le moyen le plus rapide pour trouver la bonne réponse ?

Voici ma méthode est-elle connue?



Voici ma réponse $ 2e<x<e $ donc la moyenne de x est :

$ xm=(2e+e)/2=3e/2$ donc $ ln(xm)=ln(3e/2)$

$ \int_ {e} ^ {2e} \frac {x} {\ln(x)} dx $ est proche de l'intégral de:

$ \int_ {e} ^ {2e} \frac {3e/2} {\ln(3e/2)} dx =(2e-e)*\frac {3e/2} {\ln(3e/2)}=7.88$

Donc la bonne réponse la plus proche est c.
«1

Réponses

  • Bonjour mathi.

    Peux-tu détailler le calcul (que je devine) de \( \dfrac x{\ln(x)} \) pour \( x = 2e \) ?

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Bonjour ev,

    Oui avec plaisir

    $ \int_ {e} ^ {2e} \frac {3e/2} {\ln(3e/2)} dx =\frac {3e/2} {\ln(3e/2)} \int_ {e} ^ {2e} dx=(2e-e)*\frac {3e/2} {\ln(3e/2)}=7.88$
  • Oui, mais quel rapport avec la question posée ?

    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • Il y a deux questions en fait que je me pose.

    La première question est de trouver la valeur exacte de cette intégrale.
    Et la deuxième c'est répondre à ce QCM.

    C'est une question posée dans un concours pour être prof de mathématiques et il faut répondre rapidement.
    Désolé dans le titre je n'ai pas pu donner plus de détail, car la question doit être courte.
  • Tout d'abord, il faudrait dire dans quelles conditions se passe ce QCM : quel temps, quels outils théoriques et/ou de calculs autorisés, etc.

    Ensuite, ta méthode repose sur l'inégalité d'Hermite-Hadamard, que je rappelle ici : si $f : [a,b] \to \mathbb{R}$ est intégrable et convexe sur $[a,b]$ avec $a<b$, alors
    $$(b-a) f \left( \frac{a+b}{2} \right) \leqslant \int_a^b f(t) \, \textrm{d}t \leqslant (b-a) \times \frac{f(a)+f(b)}{2}.$$
    Ici, $f$ est bien convexe sur $[e,2e]$ et tu as calculé le membre de gauche. Le calcul complet montre que
    $$7,886 \leqslant \int_e^{2e} \frac{t \,\textrm{d}t}{\log t} \leqslant 8,06.$$

    Edit. Correction effectuée après le message de Bisam.
  • Par rapport au barème de note et le temps, il faut répondre en 3 min à la question, seule une calculatrice non programmable est autorisée.
    Et ils ont donné une valeur exacte, moi j'ai donné que la valeur c approximative à deux chiffres car je ne me rappelle plus.
    Donc une valeur exacte de l'intégrale est démontrable comment on fait pour la trouver ?
  • Par simple curiosité, peux-tu indiquer les réponses données en valeurs exactes ?

    NB Cette intégrale fait intervenir des fonctions spéciales (logarithme intégral $\textrm{Li}$, exponentielle intégrale $\textrm{Ei}$, etc), dont les manipulations ne sont pas aisées.
  • Il me semble que tu as fait une erreur de calcul, noix de totos, dans le terme de droite. On trouve plutôt $8,0586$ environ.
  • Merci, c'est corrigé.
  • noix de totos écrivait : http://www.les-mathematiques.net/phorum/read.php?43,2157244,2157428#msg-2157428
    [Inutile de recopier un message présent sur le forum. Un lien suffit. AD]

    Désolé ils n'ont pas encore mis sur internet, si t'as des amis qui peuvent te le donner, c'est un concours pour être prof de lycée en mathématique au Maroc en 2020.

    Voici par exemple le concours de 2019 https://drive.google.com/file/d/1NyKHZAPuqy3icS8zymTOOL6mpAf-a7Cc/view
  • Un petit changement de variable montre que ton intégrale est égale à $\textrm{Ei}(2+\log 4) - \textrm{Ei}(2)$. Était-ce la réponse exacte attendue ?
  • Non les réponses possibles c'est juste avec des ln() ou e ou un nombre et des racines, pas de fonctions de Ei dedans un résultat exact.
  • Mais du coup les valeurs proposées sont toutes fausses, non ?
    En tant que valeur exacte.
  • Dans ce QCM l'énoncé dit qu'il y a sûrement une bonne réponse parmi les choix proposés.
    Donc celui qui y a posé cette question a déjà trouvé une solution exacte.
    Cette valeur si on calcule avec une calculatrice programmable est égale approximativement a 7.93.
  • Remarquons que la personne qui a réalisé ce QCM tombe dans un travers de la construction de ce type d'exercices.

    Sans avoir fait aucun calcul, ni aucun raisonnement je savais que la bonne réponse se trouvait parmi les réponses b)c)d).
    (les chances de trouver la bonne réponse sont passées de 1/6 à 1/3).

    Pourquoi? Parce que les nombres qui sont proposés à ces items sont proches.

    La recette: chercher dans une question de QCM les items avec des réponses proches permet d'élaguer, et cela marche souvent.
  • Après choisir entre la c)7.93 et la d)7.96 même avec l'inégalité d'Hermite-Hadamard on ne peut pas...
  • La bonne réponse est que l'intégrale n'est égale à aucune des valeurs proposées.
  • Perso Fdp je n'appliquerais jamais ta recette, pour au moins deux raisons :
    - l'auteur du QCM a pu vouloir piéger le candidat, sachant que le travers que tu rappelles est bien connu;
    - cela me mettrait mal à l'aise, et ce n'est pas bon du tout pour la suite de l'épreuve...
  • En effet c’est aussi bien que du doigt mouillé... (remarque le doigt mouillé ça marche quand même finalement).

    C’est très étonnant en effet d’avoir une intégrale incalculable et la mention « valeur exacte »...
  • Dom : elle est calculable, j'ai donné la valeur exacte ci-dessus. Après, tout dépend du cadre donné à cet exercice.

    J'avoue attendre avec impatience des réponses qui n'utilisent que "des ln() ou e ou un nombre et des racines", dixit Mathi.10.
  • Oui, pardon, j’entendais avec « au pire » des $\ln$ et autres fonctions du lycée.
  • @ noix de totos
    Moi j'sais M'sieur, moi j'sais :
    \[ \int_ {e} ^ {2e} \frac {x} {\ln(x)} \, dx \] amicalement,
    e.v.
    Personne n'a raison contre un enfant qui pleure.


  • La formule de Simpson, donnerait e/6·(e+4·1,5/(1+ln1,5)+2e/(1+ln2)) = e²/6·(1+6/1,4+2/1,7) = 7.96 ou ma formule peut trouver la bonne réponse sur les choix proposés dans le QCM.
    Je ne me rappelle pas des choix il y a 5 choix à valeur exacte, j'ai modifié les choix pour rendre le QCM plus compliqué.
  • Se rappeler / retrouver la méthode de Simpson en 3 minutes... 8-)
  • Désolé je n'ai pas une grande mémoire, et vous pouvez même trouver ce concours si vous avez des contacts, et la formule de Simpson vous pouvez la trouver en moins de 3 min sur internet, et je n'ai même pas cherché c'est quelqu'un sur un autre site qui ma donné gentiment le calcul de la formule de Simpson :-D.
    Sinon moi j'ai utilisé l'approche proposée pour trouver la bonne réponse. :-)
    Mais je suis perdu comme vous, et je ne sais pas comment celui qui y a proposé la question a trouvé la solution exacte X:-(
  • Sauf erreur, la fonction $\displaystyle f(x)=\dfrac{x}{\ln x}$ est croissante pour $x\geq \text{e}$.
    Ce qui, toujours sauf erreur, permet d'avoir une minoration/majoration de cette intégrale.
  • Fin de Partie : comme je l'ai indiqué plus haut, une estimation plus précise peut être obtenue grâce à la convexité de cette fonction (une notion géométrique plus précise que la monotonie), via la très importante inégalité d'Hermite-Hadamard.

    ev : j'ai toujours apprécié ton humour, qui me rappelle celui du regretté Richard André-Jeannin.

    Mathi. 10 : je vais être clair ! Il n'y a pas d'expression de cette intégrale n'utilisant uniquement que des $\ln$, $e$ et $\sqrt{\dotsc}$
  • NdT: merci je sais lire mais je ne connaissais pas cette inégalité alors je cherche des trucs plus basiques.
    Ce que j'ai mentionné plus haut, qui est très basique, permet, si je ne dis pas de bêtise, de garder seulement deux items parmi les réponses proposées et donc de faire monter à 50% le pourcentage de chance de donner la bonne réponse. C'est déjà pas si mal je trouve. B-)-

    PS:
    En fait, c'est 30% et pas 50% :-D
    Car cela permet d'encadrer l'intégrale par $7,38$ et $8,73$ ce qui ne laisse que les items c)d)e).
  • Si tu ne veux pas utiliser l'inégalité d'Hermite-Hadamard, qui est pourtant d'une démonstration élémentaire et je t'invite à la regarder de plus près, alors tu aurais pu utiliser la convexité, je crois de nouveau au programme de terminale spécialité, dans sa forme basique, à savoir que la courbe de $f$ est au-dessus de toutes ses tangentes. En considérant celle en $2e$, on obtient
    $$\int_e^{2e} \frac{x}{\log x} \textrm{d}x \geqslant \frac{e^3(3 \log 2 + 4)}{2(\log 2+1)^2} \approx 7,835.$$
  • NdT: oui, j'y ai pensé après coup à utiliser la convexité de la fonction $F(x)=\displaystyle \int_e^{x} \frac{t}{\log t} \textrm{d}t$ sur l'intervalle $[\text{e},A]$ mais c'est toi qui me l'a suggéré indirectement et j'ai eu la paresse de faire les calculs.

    Edit:
    Ce n'est pas aussi simple que je le pensais, il faut ajuster la valeur de $A$ et du paramètre $\lambda \in [0;1]$ pour avoir une inégalité utile.
  • On peut aussi faire comme un physicien et se débarrasser des termes les plus complexes de l'intégrale et les rendre constants.

    On a $ 2e<x<e $ donc la moyenne de x est :
    $ x_m=(2e+e)/2=3e/2$ donc le terme le plus complexe est $ \ln(x_m)=\ln(3e/2)$
    $ \int_ {e} ^ {2e} \frac {x} {\ln(x)} dx $ est proche de l'intégral de :
    $$ \int_ {e} ^ {2e} \frac {x} {\ln(3e/2)} dx =\frac {1} {\ln(3e/2)} \int_ {e} ^ {2e} x dx=\frac{(2e)^2-e^2}2 \times \frac {1} {\ln(3e/2)}=7.88
    $$ Est-ce que cette méthode est connue de se débarrasser des termes les plus complexes comme ca pour simplifier l'intégrale ?
  • Le vocable "terme le plus complexe" ne signifie pas grand-chose, ici.

    Encore une fois, ta "méthode" repose sur le fait que la fonction $x \longmapsto \frac{x}{\log x}$ est convexe sur l'intervalle considéré.

    j'ai une tendance à me répéter, mais, encore une fois, cette propriété est transmise aux intégrales via l'inégalité d'Hermite-Hadamard (il y a des gens qui vont croire que j'ai des actions dans cette inégalité, mais non...).

    Des recherches sur le net donnent facilement accès à :

    (i) des démonstrations de cette inégalité ;

    (ii) des extensions / généralisations de cette inégalité.
  • Merci pour votre réponse est ce que vous pouvez donner un exemple d'un QCM ou cette simplification ne marche pas ?

    Par exemple $\int_ {e} ^ {e^2} \frac {1} {x(\ln(x))^3} dx $ les choix sont a)1/2, b)-1/8 ,c) 3/8, d) -3/8 selon un QCM.

    La valeur moyenne est $x_m=(e^2+e)/2 $, le terme le plus complexe qui complexe le calcule de l'intégrale est $(\ln(x))^3=(\ln((e^2+e)/2))^3.$

    Donc l'intégrale proche est $1/(\ln((e^2+e)/2))^3\int_ {e} ^ {e^2} \frac {1} {x} dx =(1/((\ln((e^2+e)/2))^3))(\ln(e^2)-\ln(e))=0.23 $
    Les plus proches des choix sont 1/2=0.5 et 3/8=0.375 et le choix le plus proche est c.
  • J'ai l'impression qu'on boucle.

    1.Au doigt mouillé, on trouve environ 8

    2. Si on a un QCM avec plusieurs questions, un temps limité, on trouve environ 8 en moins d'une minute ... et on peut trouver plus précis en y passant un temps certain ... on gère le temps et on se contente de cette vague approximation.

    3. Tu as recopié le QCM, mais en changeant les valeurs (pour le rendre plus compliqué, dis-tu).
    Je ne sais pas quelles étaient les 5 ou 6 valeurs proposées, mais je suis à peu près certain qu''il y en avait une seule dans un intervalle du type [7.7; 8.3]
    J'imagine mal un QCM où on s'attend à un calcul au doigt mouillé, et où on demanderait un résultat précis à 3% près.
    Ou alors, le corrigé donne 1 point à celui qui donne la bonne réponse, un demi-point à celui qui donne une réponse assez proche, et aucun point aux autres réponses.

    4. Eventuellement, pour que cette discussion s'appuie sur du concret, pour avoir l'esprit du QCM, ce serait utile de dire quel était le niveau requis, et donner quelques autres questions en exemple

    5. La question n'était certainement pas : quelle est la valeur exacte de cette intégrale ?
    Mais : quelle est la valeur arrondie à $10^{-2}$ de cette intégrale ?
    Tu me dis, j'oublie. Tu m'enseignes, je me souviens. Tu m'impliques, j'apprends. Benjamin Franklin
  • La deuxième intégrale, je n'ai rien changé vous pouvez la résoudre ?

    Et ma deuxième question y a-t-il un QCM bas ou haut niveau je ne peux pas trouver la bonne réponse, en utilisant la méthode proposée où je rends les termes complexes qui me facilite l'intégration constants ?
  • Bonjour.

    Si le but est d'avoir la valeur approchée correcte à $10^{-2}$ près, aucune des réponses n'est bonne, car la bonne valeur correctement arrondie est 7.94.

    A bientôt.

    Cherche livres et objets du domaine mathématique :

    Intégraphes, règles log et calculateurs électromécaniques.

  • Exactement c'est 7.93763563347
    https://www.desmos.com/calculator/jl4pm2y8cx?lang=fr
    Et pour info aucun QCM haut ou bas niveau ne peut mettre des choix compliqués pour ne pas être résolu par ma méthode, si non personne ne peut trouver la solution, si non trouver moi un QCM ou ma méthode ne marche pas, j'attend toujours un contre exemple.
  • Au passage, il existe des calculatrices non programmables ayant un module de calcul numérique d'intégrale qui donnerait une valeur approchée au pire à $10^{-8}$ près, compte tenu du peu de variation de cette fonction sur l'intervalle considéré.

    Cherche livres et objets du domaine mathématique :

    Intégraphes, règles log et calculateurs électromécaniques.

  • Pour calculer une valeur approximative d'une intégrale, il y a différentes méthodes.

    La plus classique reste quand même celle du losange trapèze : on considère le losange formé par les points $ (x_1,0), (x_2,0), (x_2, f(x_2) ) et (x_1, f(x_1)) $ et on calcule la surface de ce losange trapèze. C'est une première approximation.

    Etape 2, si nécessaire : si on sait que la fonction est concave (ou convexe), on sait que la vraie intégrale est supérieure (ou inférieure) à ce calcul.
    On améliore l'approximation.
    Mais ça ne reste qu'une approximation.

    On peut aussi calculer la valeur au point $(x_1 + x_2 )/2$ et calculer la surface du rectangle de largeur $x_2-x_1$ , et de hauteur $f( (x_1 + x_2 )/2 )$

    C'est ce que tu proposes.

    Mais là aussi, danger.

    Exemple :
    f(x)= x^2 à intégrer entre -2 et 2

    Valeurs proposées : 0 ; 1 ; 2.13 ; 3.63 ; 5.33

    Ta méthode va nous donner la réponse 0, et la bonne réponse est 5.33

    Et cette question pourrait être dans un QCM 'bas niveau'.

    Edit : merci les correcteurs.. et effectivement, sur cet exemple, le trapèze est un trapèze rectangle, donc un rectangle :)
    Tu me dis, j'oublie. Tu m'enseignes, je me souviens. Tu m'impliques, j'apprends. Benjamin Franklin
  • Cette fonction est simple pourquoi tu vas utiliser ma méthode pour le résoudre?

    Ma méthode marche quand il y a des termes très complexes qui empêchent l'intégrale d'être calculée, et donc je les remplace en constante pour avoir une intégrale simple calculable, si vous avez un contre-exemple de ce genre merci de le mettre ici.

    Le fait de complexifier l'intégrale nous force à poser des choix particuliers qui ne permettent de trouver une solution, et ma méthode marche à 100% d'une manière générale pour résoudre n'importe quelle intégrale de ce genre et trouver la réponse correcte, sinon j'attends toujours un contre-exemple d'un QCM à haut niveau où cette simple méthode est incapable de résoudre.
  • @lourrran:

    une inattention: tu dis "losange" au lieu de "trapèze rectangle".
  • Alors 100 *x * sin(x) * cos(x) * ln(1+x) à intégrer entre $-\pi/2$ et $\pi/2$

    Bon, là, tu vas nous dire que la fonction est trop compliquée pour un QCM.

    D'ailleurs, depuis quand considère-t-on que remplir un QCM, c'est faire des maths ?

    Edit : la fonction n'est pas définie sur l'intervalle tout entier, limitons nous à l'intervalle $[-\pi/10$ ; $\pi/10]$ et à f(x) =100 *x * cos(x) * ln(1+x) pour que la fonction soit positive sur tout l'intervalle.
    Tu me dis, j'oublie. Tu m'enseignes, je me souviens. Tu m'impliques, j'apprends. Benjamin Franklin
  • C'est quoi les choix que vous avez posez pour trouver une solution?

    Quand vous aurait poser les choix, tu va comprendre ma méthode et pourquoi ma méthode va marcher mieux que votre méthode..

    C'est un QCM qui vient de concours pour être prof du mathématiques ,j'ai vraiment la même question que vous, si on peut résoudre un QCM sans faire du math ,je comprend mieux l'état des mathématiques d'aujourd'hui.
  • Quand vous aurait poser les choix, tu va comprendre ...
    Quand vous aurez posé les choix, tu vas comprendre ...

    Je comprends mieux l'état de l'enseignement toutes matières confondues aujourd'hui.
    Tu me dis, j'oublie. Tu m'enseignes, je me souviens. Tu m'impliques, j'apprends. Benjamin Franklin
  • Je crois comprendre que Mathi.10 est Marocain.

    Quitte à corriger, autant harmoniser la structure des deux phrases.

    Quand vous aurez posé les choix, vous comprendrez...

    @Mathi.10 : Si j'ai bien compris, tu veux refaire un examen de type QCM de tête après l'avoir passé.
    As-tu pris des notes que tu as pu conserver ?
    Es-tu sûr de la formulation correcte des réponses ?
    N'y avait-il pas aussi un entête de consignes, du style "les valeurs approchées seront tronquées plutôt qu'arrondies" ?

    Sinon, quand penses-tu que la version électronique de cet examen sera disponible ?

    Il serait préférable d'en reparler sur base de la version officielle, qui sera visiblement publiée puisque tu dis que des versions antérieures sont disponibles.

    A bientôt.

    Cherche livres et objets du domaine mathématique :

    Intégraphes, règles log et calculateurs électromécaniques.

  • Bah oui je suis marocain et dyslexique désolé pour les fautes d'orthographe.

    J'ai déjà donné un exemple de concours en lien est il facile?

    Voici l'exemple que j'ai passé je l'ai trouvé ,comment vous trouvez le niveau des questions de page 2 a 9, il y a même le deuxième intégrale que j'ai proposé, désolé je l'ai mélangé avec le premiers intégrale:-D, c'est en Français.

    Désolé, il ne donne pas de note et trop de corruption ,il y a même certains qui n'ont même pas passé le concours et ils ont trouvés leurs nom sur la liste des admets. B-)-

    https://drive.google.com/file/d/1XPUOhK8s-9UmuvVCVU1u56eyG3w5UqLy/view
  • Si on oublie la rigueur, je ne trouve pas ce test ridicule.
  • Oui questions difficiles mais y a toujours un moyen très facile de répondre aux questions rapidement, sans utiliser du vrai math.
  • Oui.
    C’est la limite de l’exercice si je puis dire.

    L’auteur a une idée en tête pour régler la question en deux secondes et il faudrait que le candidat ait la même.
  • A votre avis c'est quoi l'idée de l'auteur pour répondre a la question de l'intégrale proposé ici?
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