Tableau des intégrales de
Attention Il faut bien connaître la dérivation et les dérivées pour préparer cette leçon. Revoir et bien connaître le tableau des fonctions usuelles et de leur fonction dérivée. Il faut avoir vu les fonctions exponentielle et logarithme. 1. Définitions a. Unités d'aire Dans un repère orthogonal (O; I; J) l'unité d'aire, notée u. a est l'aire du rectangle OIAJ. Pour le repère ci-dessus (unités en cm), l'unité d'aire est de 3 × 1 = 3 cm 2. Si l'on calcule l'aire d'une figure géométrique dans ce repère, le résultat en cm 2 devra être multiplié par 3. Remarque Cette définition est très utilisée pour les différents calculs d'aires qui suivront. b. Intégrale d'une fonction continue positive Pour une fonction f continue, positive sur un intervalle I = [a; b], soit C sa courbe représentative sur I dans un repère orthogonal. L'intégrale de a à b de la fonction f sur I est l'aire (en unités d'aires) du domaine compris entre l'axe des abscisses, la courbe C et les verticales d'abscisses x = a et x = b. On note et on dira « intégrale de a à b de f » ou « somme de a à b de f ».
Par lecture inverse du tableau des dérivées et en utilisant la propriété vu précédemment, on en déduit le tableau suivant, à connaître par cœur et à ne pas confondre avec celui des dérivées!
On peut remarquer que F: → 3x 2 - 2x + 1 est aussi une primitive de f sur I. b. Propriétés • Toute fonction continue sur un intervalle I admet des primitives sur cet intervalle. • Pour une fonction f continue sur un intervalle I = [a; b], si F est une primitive de f sur I, alors toutes les primitives de f sur I sont de la forme G(x) = F(x) + k où k est un réel. Par exemple, nous avons vu que f(x) = 6x - 2 a pour primitive F(x) = 3x 2 - 2x - 1 ou F(x) + 2 = 3x 2 - 2x + 1. Ajouter n'importe quel nombre réel à F(x) donne toujours une primitive de f. = [a; b], il existe une unique primitive de f sur I prenant la valeur y 0 (un réel) pour x 0 (un réel de I). Par exemple, sur I =]-1; +∞[, la fonction n'admet qu'une seule primitive qui vaut 3 pour x 0 = 1, c'est (vérifier en dérivant F que c'est bien une primitive de f, puis calculer F(1)). = [a; b], et F l'une de ses primitives, on a:. • Pour toute fonction continue (pas forcément positive) sur I = [a; b], on a. • Si F et G sont des primitives de f et g, alors F + G est une primitive de f + g. • Si F est une primitive de f sur I alors pour tout réel k, kF est une primitive de kf sur I.
Tentons maintenant une analogie… En dérivant on trouve la fonction Par conséquent, la fonction serait une primitive de Soyons prudents et vérifions … On dérive en utilisant la formule de dérivation d'un quotient: On obtient ainsi: Manifestement, ça ne marche pas! On ne retrouve pas Mais alors, où est l'erreur? En fait, on a raisonné comme si le facteur était constant! Si est une primitive de alors est une primitive de ( désigne une constante réelle). Mais si est remplacé par avec pour une fonction dérivable, alors ce n'est plus la même chose. On doit utiliser la formule de dérivation d'un produit: Nous ne sommes pas parvenus à primitiver explicitement Il y a une bonne raison à cela: on peut prouver l'impossibilité d'expliciter une telle fonction au moyen des fonctions usuelles… mais çà, c'est une autre paire de manches!! Sans compter qu'il faudrait commencer par formuler avec précision ce que signifie cette impossibilité. Fin de la digression, revenons à nos moutons… 4 – Exemples de calculs d'intégrales Pour calculer l'intégrale il suffit de connaître une primitive de de l'évaluer en et en puis de faire la différence.
3 – Petite digression pour les curieux Ce qui précède peut sembler assez simple, mais il y a un hic … Le calcul explicite des primitives d'une fonction n'est pas toujours faisable explicitement, à l'aide des fonctions dites « usuelles ». On peut même dire qu'il est généralement infaisable … Comprenons-nous bien: n'importe quelle fonction continue (sur un intervalle) possède des primitives (en terminale, on peut se contenter d'admettre ce théorème, car sa démonstration nécessite un bagage plus important). Mais on n'est pas sûr de savoir expliciter une telle primitive à l'aide des fonctions dites « usuelles » (polynômes, sinus et cosinus, exponentielle et logarithme, plus éventuellement quelques autres…) et de leurs composées. Par exemple, on ne sait pas calculer explicitement de primitive pour la fonction Vous doutez de cette affirmation? Essayez… Vous verrez que vous ne parviendrez à rien. A ce sujet, voici l'erreur classique du débutant: ATTENTION: calcul FAUX! On sait que la dérivée de est Une primitive de est donc la fonction Jusqu'ici, aucun doute possible.