Mathématiquesecg14 min de lectureLecture libre

Integration

Primitives, intégrale de Riemann, intégration par parties, changement de variable et applications.

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Introduction

L'intégration est le pendant de la dérivation et un outil essentiel en probabilités (calcul de lois à densité, espérances). Ce chapitre est omniprésent aux concours, tant en exercice pur qu'en probabilités.


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Définitions essentielles

Définition : Primitive — F est une primitive de f sur I si F'(x) = f(x) pour tout x ∈ I. Deux primitives diffèrent d'une constante.

Définition : Intégrale de Riemann — Si f est continue sur [a, b], l'intégrale ∫ₐᵇ f(t) dt est l'aire algébrique entre la courbe et l'axe des abscisses.

Définition : Fonction intégrale — F(x) = ∫ₐˣ f(t) dt est l'unique primitive de f qui s'annule en a.


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Théorèmes et propriétés fondamentaux

Théorème fondamental de l'analyse

Si f est continue sur I et a ∈ I, alors F(x) = ∫ₐˣ f(t) dt est l'unique primitive de f sur I vérifiant F(a) = 0.

A retenir

: (∫ₐˣ f(t) dt)' = f(x). C'est le lien fondamental entre intégration et dérivation.

Relation de Chasles

∫ₐᵇ f + ∫ᵇᶜ f = ∫ₐᶜ f

Inégalité de la moyenne

Si m ≤ f(x) ≤ M sur [a, b], alors m(b−a) ≤ ∫ₐᵇ f ≤ M(b−a).

Formule de la moyenne

Si f est continue sur [a, b], il existe c ∈ [a, b] tel que ∫ₐᵇ f(t) dt = f(c)·(b − a).


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Formules clés

PrimitiveExpression
∫ xⁿ dxxⁿ⁺¹/(n+1) + C (n ≠ −1)
∫ 1/x dxlnx+ C
∫ eˣ dxeˣ + C
∫ cos(x) dxsin(x) + C
∫ sin(x) dx−cos(x) + C
∫ 1/(1+x²) dxarctan(x) + C
IPP∫ u'v = [uv] − ∫ uv'
Changement de variable∫ f(φ(t))·φ'(t) dt = ∫ f(u) du
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Méthodes types

Méthode : Intégration par parties (IPP)

  1. 1Identifier u et v' (u à dériver, v' à intégrer)
  2. 2Calculer u' et v
  3. 3Appliquer ∫ u'v = [uv] − ∫ uv'
  4. 4Règle LATTE : Logarithme, Arctan, Trigo, polynôme (= ordre de choix pour u)

Méthode : Changement de variable

  1. 1Poser u = φ(t), calculer du = φ'(t) dt
  2. 2Changer les bornes si intégrale définie
  3. 3Substituer et calculer la nouvelle intégrale

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Pièges classiques

  • Ne pas oublier la constante d'intégration pour les primitives
  • Attention au signe dans ∫ sin(x) dx = −cos(x) + C
  • En IPP, bien choisir qui est u et qui est v' (un mauvais choix complique le calcul)
  • Lors d'un changement de variable, ne pas oublier de changer les bornes

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Pour aller plus loin

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