Baccalauréat Calcul Intégral

Définition


Soient f une fonction continue sur un intervalle [a ; b] et F une primitive de f.

L'intégrale de f de a à b que l'on note a b f(x) dx est égal à F(b) - F(a).

On écrit :

a b f(x) dx = [ F(x) ] a b = F(b) - F(a)

Exemple

Calcul des intégrales :

Propriété

Soit f une fonction continue sur un intervalle [a ; b].

Si f(x) > 0 sur [a ; b] alors a b f(x) dx > 0.

Si f(x) < 0 sur [a ; b] alors a b f(x) dx < 0.

Intégration par parties


Soient u et v deux fonctions continues sur un intervalle [a ; b] tel que leurs fonction dérivées u ' et v ' sont continues sur [a ; b]. Alors

a b (u(x).v '(x)) dx = [ u(x).v(x) ] a b - a b (u '(x).v(x)) dx.

Exemple 1

Calcul de l'intégrale :

I = 1 2 x ex dx

On pose :

u(x) = x ⇒ u '(x) = 1

et

v '(x) = ex ⇒ v(x) = ex

Donc

Exemple 2

Calcul de l'intégrale :

I = 1 2 x2 ln(x) dx

On pose :

u(x) = ln(x) ⇒ u '(x) = 1 / x

et

v '(x) = x2 ⇒ v(x) = 1 / 3 x3

Donc

Exemple 3

Calcul de l'intégrale :

I = 0 2 x / x + 1 dx

On pose :

u(x) = x ⇒ u '(x) = 1

et

v '(x) = 1 / x + 1 ⇒ v(x) = 2 x + 1

Donc

Calcul d'aire à l'aide d'intégrale


Soit f une fonction continue sur un intervalle [a ; b].

L'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=a et x=b et l'axe des abscisses est égale à a b |f(x)| dx.

Donc

Si f(x) > 0 sur [a ; b] alors cette aire est égale à a b f(x) dx.

Si f(x) < 0 sur [a ; b] alors cette aire est égale à - a b f(x) dx.

Exemple

Soit f la fonction définie par :

f(x) = x2 - x - 2

Calculons l'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=1 et x=2 et l'axe des abscisses.

Calcul de l'aire par l'intégrale

f(x) est négative sur l'intervalle [1 ; 2]. Donc l'aire demandée est égale à :

Calculons l'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=1 et x=3 et l'axe des abscisses.

Calcul de l'aire par l'intégrale

f(x) est négative sur l'intervalle [1 ; 2] et positive sur l'intervalle [2 ; 3]. Donc l'aire demandée est égale à :

Aire délimitée par une courbe et une droite


Soient f une fonction continue sur un intervalle [a ; b] et D une droite d'équation y = ax + b.

L'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=a et x=b et la droite D est égale à a b |f(x) - y| dx.

Donc

Si Cf est au dessus de D sur [a ; b] (cad f(x) > y) alors cette aire est égale à a b (f(x) - y) dx.

Si Cf est au dessous de D sur [a ; b] (cad f(x) < y) alors cette aire est égale à - a b (f(x) - y) dx.

Exemple

Soit f la fonction définie par :

f(x) = x2 - x - 2

Soit la droite D d'équation :

y = 2x - 8

Calculons l'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=-3 et x=-2 et la droite D.

Calcul de l'aire par l'intégrale

Cf est au dessus de D sur l'intervalle [1 ; 2]. Donc l'aire demandée est égale à :

Calculons l'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=-3 et x=0 et la droite D.

Calcul de l'aire par l'intégrale

Cf est au dessus de D sur l'intervalle [-3 ; -2] et au dessous de D sur l'intervalle [-2 ; 0]. Donc l'aire demandée est égale à :

Aire délimitée par les courbes de deux fonctions


Soient f et g deux fonctions continues sur un intervalle [a ; b].

L'aire délimitée par la courbe représentative de f, les droites d'équations x=a et x=b et la courbe représentative de g est égale à a b |f(x) - g(x)| dx.

Donc

Si Cf est au dessus de Cg sur [a ; b] (cad f(x) > g(x)) alors cette aire est égale à a b (f(x) - g(x)) dx.

Si Cf est au dessous de Cg sur [a ; b] (cad f(x) < g(x)) alors cette aire est égale à a b (g(x) - f(x)) dx.

Valeur moyenne d'une fonction


Soit f une fonction continue sur un intervalle [a ; b].

La valeur moyenne de f sur [a ; b] est égale à 1 / b - a a b f(x) dx.

Exercices corrigés - Calcul intégral