Cours-main/CUPGE 1/Semestre 2/Mathématiques/Notes/Ex-Int-Impropre.md

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Exercices sur les intégrales impropres

Calculer, si possible:

  • I=1ax1+a2xdxI=\int_1^\infty\frac{a^x}{1+a^{2x}}dx avec a>0a\gt0

    I=1ax1+a2xdxa>0 t=ax lnt=xlna x=lntlnadx=1lnadttI=\int_1^\infty\frac{a^x}{1+a^{2x}}dx \quad a\gt0\n t=a^x\n \ln t=x\ln a\n x=\frac{\ln t}{\ln a}\quad\Rightarrow\quad dx=\frac1{\ln a}\frac{dt}{t}

    Disjonction de cas :

    • si a>1a\gt1

      I=a0t1+t21lnadtt I=1lnaa011+t2dt I=1lna[arctgt]a0I=1lna(π2arctga)I = \int_a^0\frac{t}{1+t^2}\frac1{\ln a}\frac{dt}{t}\n I=\frac1{\ln a}\int_a^0\frac1{1+t^2}dt\n I = \frac1{\ln a} \cembrace{\arctg t}_{a}^{0} I = \frac1{\ln a}\pembrace{\frac\pi2-\arctg a}

    • si a=1a=1

      I=11x1+12x I=112dxI = \int_1^\infty\frac{1^x}{1+1^{2x}}\n I = \int_1^\infty\frac12dx

    • si a<1a\lt1

      I=0a11+t2dtlna I=1lna[arctgt]0a I=1lna[arctgaarctg0] I=arctgalnaI=-\int_0^a\frac1{1+t^2}\frac{dt}{\ln a}\n I=\frac{-1}{\ln a}\cembrace{\arctg t}_0^a\n I=\frac{-1}{\ln a}\cembrace{\arctg a-\arctg 0}\n I = -\frac{\arctg a}{\ln a}

  • In=0tnet2I_n=\int_0^\infty t^ne^{-t^2}

    f(t)=tnet2 est continue sur R limttnet2=0limttnet=0 f(t)=t^ne^{-t^2}\text{ est continue sur }\R\n \embrace{ &\lim_{t\rightarrow\infty}t^ne^{-t^2}=0\\ &\lim_{t\rightarrow\infty}t^ne^{-t}=0 }{|}{.}\n

    1. limntn+2t2=0 A>0 tn+2t2<1tnt2<1t2 In01t2dtCVGCVG  I0=0et2dt=π2 I1=0tet2dt=[12et2]0=12  In=°tnet2dt In=°tn1tet2dt  u=tn1u=(n1)tn2v=tet2v=12et2 In=[tn1(12et2)]0=0+012et2(n1)tn2dt In=12(n1)0tn2et2dt In=n12In2  I2=12I0=π4 I3=1I1=12 I4=32I2=3π8 I5=2I3=1 I6=523π8 I7=3I5=3 I9=4I7=12 donc : I2p+1=f1(p)I1 I2p=f2(p)I0\lim_{n\rightarrow\infty}t^{n+2}t^{-2}=0\n \exist A\gt0\n t^{n+2}t^{-2} \lt 1 \Leftrightarrow t^nt^{-2}\lt\frac1{t^2}\n \Rightarrow I_n \le \underbrace{\int_0^{\infty}\frac1{t^2}dt}_{CVG}\quad\boxed{CVG}\n\n I_0=\int_0^\infty e^{-t^2}dt=\frac{\sqrt{\pi}}2\n I_1=\int_0^\infty te^{-t^2}dt=\cembrace{-\frac12e^{-t^2}}_{0}^{\infty}=\frac12\n\n I_n=\int_°^\infty t^ne^{-t^2}dt\n I_n=\int_°^\infty t^{n-1}*te^{-t^2}dt\n \embrace{\ &u=t^{n-1}\quad u'=(n-1)t^{n-2}\\ &v'=te^{-t^2}\quad v=-\frac12e^{-t^2}}{|}{.}\n I_n=\underbrace{\cembrace{t^{n-1}*(-\frac12e^{-t^2})}_{0}^{\infty}}_{=0}+\int_0^\infty\frac12e^{-t^2}(n-1)t^{n-2}dt\n I_n=\frac12(n-1)\int_0^\infty t^{n-2}e^{-t^2}dt\n I_n=\frac{n-1}2I_{n-2}\n\n \begin{split} &I_2=\frac12*I_0=\frac{\sqrt{\pi}}4\n &I_3=1*I_1=\frac12\n &I_4=\frac32*I_2=\frac{3\sqrt{\pi}}8\n &I_5=2*I_3=1\n &I_6=\frac52*\frac{3\sqrt{\pi}}8\n &I_7=3*I_5=3\n &I_9=4*I_7=12\n \text{donc : }\\ &I_{2p+1} = f_1(p)*I_1\n &I_{2p}=f_2(p)*I_0 \end{split}

  • I=0xcos4xdxI=\int_0^\infty x\cos^4x_ dx

    ParseError: KaTeX parse error: Undefined control sequence: \bembrace at position 51: … \int_0^\infty \̲b̲e̲m̲b̲r̲a̲c̲e̲{x\cos^4x}dx\le…

  • I=0xn1+x2dxI=\int_0^\infty \frac{x^n}{1+x^2}dx

    I=0xn1+x2dx u=x2u=nxn1v=11+x2v=arctgx In=[xnarctgx]0 Inn2DVG  I0=011+x2dx I0=[arctgx]0 I0=π2  I1:x1+x2x1xDVGI=\int_0^\infty \frac{x^n}{1+x^2}dx\n \embrace{ &u=x^2\quad\quad\rightarrow u'=nx^{n-1}\\ &v'=\frac1{1+x^2}\rightarrow v=\arctg x }{|}{.}\n I_n=\underbrace{\cembrace{x^n\arctg x}_{0}^{\infty}}_\infty\n I_n\quad n\le2\quad \boxed{DVG}\n\n I_0=\int_0^\infty \frac1{1+x^2}dx\n I_0=\cembrace{\arctg x}_{0}^{\infty}\n I_0=\frac\pi2\n\n I_1:\quad \frac{x}{1+x^2}\xrightarrow[x\rightarrow\infty]{}\frac1x\quad\Rightarrow\boxed{DVG}