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Programme de mathématiques BCPST, seconde année

Analyse 2 – Intégrales généralisées

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Texte officiel du programme
ContenusCapacités et commentaires
Convergence d’une intégrale généralisée (ou impropre) d’une fonction continue sur un intervalle $I$ semi-ouvert ou ouvert.
La convergence est traduite en termes de limites portant sur une primitive.
La terminologie de « fonction intégrable » n’est pas donnée.
Les notations $\int_I f$, $\int_I f(t)\,\mathrm{d}t$, $\int_a^b f$, $\int_a^b f(t)\,\mathrm{d}t$ pourront, selon le contexte, désigner l’intégrale généralisée ou sa valeur.
Cas d’une fonction définie sur un intervalle et continue sur cet intervalle sauf éventuellement en un nombre fini de points.
Cas particulier d’une fonction prolongeable par continuité en un point.
Propriétés des intégrales convergentes : linéarité, relation de Chasles, positivité, stricte positivité ($f$ positive non nulle), croissance.
La démonstration de la stricte positivité n’est pas exigible.
Adaptation de l’intégration par parties aux intégrales généralisées.
On souligne la nécessité de confirmer la convergence de tous les termes apparaissant dans une telle formule.
Adaptation de la formule de changement de variable pour les intégrales généralisées.
Si la fonction $\varphi$ est de classe $\mathscr{C}^1$ et strictement monotone sur un intervalle d’extrémités $a$ et $b$ ayant des limites $\alpha=\lim_a\varphi$ et $\beta=\lim_b\varphi$ et si $f$ est continue sur l’intervalle d’extrémités $\alpha$ et $\beta$, alors les intégrales $\int_\alpha^\beta f(x)\,\mathrm{d}x$ et $\int_a^b f(\varphi(t))\varphi'(t)\,\mathrm{d}t$ sont de même nature, et ont la même valeur lorsqu’elles convergent.
Cas des fonctions paires ou impaires.
Théorèmes de convergence pour deux fonctions positives $f$ et $g$ :
• théorème par comparaison si $f\leq g$,
Tout autre critère de convergence est hors programme.
• si $f(x)\underset{x\to b}{\sim}g(x)$, alors les intégrales généralisées en $b$ $\int_a^b f$ et $\int_a^b g$ sont de même nature.
Tout résultat sur la nature des intégrales de Riemann devra être démontré.
Convergence absolue d’une intégrale généralisée.
La convergence absolue est présentée comme une condition suffisante pour obtenir la convergence de l’intégrale.
Les intégrales semi-convergentes sont hors programme.
L’intégrale $\displaystyle\int_{-\infty}^{+\infty}\mathrm{e}^{-x^2/2}\,\mathrm{d}x$ converge et vaut $\sqrt{2\pi}$.
La valeur de cette intégrale est un résultat admis.
L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4274

Soit \((a_k)\) une suite de réels telle que \(\sum_{k=0}^n a_k = 0\). Étudier la ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4275

Existence et calcul de \(f(x) = \int_0^\pi\frac{dt}{1-x\cos t}\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4276

Convergence et calcul de \(\int_{t=0}^{+\infty}\frac{t\,d t}{\sh t}\) (on pourra décomposer l’intégrande en somme ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4278

Soit \(\alpha \in\, ]0,\pi[\) et ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4279

Calculer par récurrence : \(I_n = \int_{t=0}^1 \frac{t^n\,d t}{\sqrt[4]{t^3(1-t)}}\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4281

A l’aide d’une intégration par parties, montrer que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4282

Soit \(f:\R \to \R\) continue, périodique de période \(T > 0\). On note ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4283

Soit \(f\) une application continue de \([1,+\infty[\) dans ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4285

Calculer \(\int_{t=1}^{+\infty} \frac{t-[t]}{t^2} \,d t\) en fonction de la constante d’Euler.

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4286

Soit \(\gamma\) la constante d’Euler. Montrer que …

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4287

Soit \(f : {[a,b[} \to {\R^+}\) continue croissante. On pose ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4288

Calculer ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4289

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to \R\) continue décroissante telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4290

Soit \(f : {\R^+} \to \R\). On pose, sous réserve de convergence, ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4291

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to {\R^+}\) continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4292

Soit \(f : {\R^+} \to {\R^+}\) une fonction de classe \(\mathcal{C}^1\) vérifiant ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4293

Soit \(f : {[1,+\infty[} \to {\R^+}\) une fonction décroissante telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4294

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to \R^+\) une fonction continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4295

Soit \(f : {]0,{+\infty}[} \to \R\) une fonction continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4296

Soit \(f : {\R^+} \to {\R^+}\) continue ayant une limite finie en \(+\infty\). Mo ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4297

Soit \(f:\R \to \R\) continue par morceaux telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4298

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to \R\) continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4299

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to {\R}\) uniformément continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4300

Soit \(f : {[0,+\infty[} \to \R\) continue telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4301

On pose \(f(x) = \int_{t=x}^{+\infty} \frac{e^{-t}}t \,d t\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4302

Montrer que pour \(0 \le x \le \sqrt n\) on a : ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4303

On admet que \(\int_{t=0}^{+\infty} e^{-t^2}\,d t =\frac{\sqrt\pi}2\). Calculer les intégrales : ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4304

Nature et calcul de \(\int_{x=0}^{+\infty} \exp\Bigl(-\bigl(x-\frac 1x\bigr)^2\Bigr)\,d x\) ?

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4305

Existence de \(\int_{x=0}^{+\infty} \sin(x^4+x^2+x)\,d x\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4306

Soit \(P\) un polynôme à coefficients réels de degré supérieur ou égal à 2. Montrer que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4307

Soient \(I = \int_{u=0}^{+\infty} \frac{d u}{(1+u^2)(1+u^n)}\) et ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4308

Soit \(f:\R \to \R\) de classe \(\mathcal{C}^2\) telle que ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales

exo7 4309

Soit \(f : {\R^+} \to {\R^+}\) de classe \(\mathcal{C}^1\), intégrable.

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4310

Établir la convergence et calculer la valeur de ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4311

Soit \(f\) de classe \(\mathcal{C}^2\) sur ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 4312

Donnez un équivalent pour \(x\to+\infty\) de ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4316

Chercher \(\lim_{x\to0^+} \int_{t=x}^{x^2} \frac{e^{-t}\,d t}{\sin t\ln t}\).

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4317

Établir la convergence et calculer la somme de \(\sum_{n=1}^\infty (-1)^n \int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t^3)^n}\). ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4318

Prouver l’existence pour \(x > 0\) de ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4320

Donner un équivalent pour \(x\to+\infty\) de ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4330

Soit \(f : {[0,1]} \to \R\) continue. Déterminer ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4331

Soit \(x\in{[0,n]}\). Montrer que \((1-x/n)^n \le e^{-x}\). En déduire ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4334

Chercher \(\lim_{n\to\infty} \int_0^1\frac{t^n-t^{2n}}{1-t}\,d t\).

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4335

Soit \(f : {[a,b]} \to {\R^+}\) continue atteignant son maximum en un unique point ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4338

Soient \(f,g\in\mathcal{C}([0,+\infty[,\R)\). On pose ...

L2 Analyse Intégration

exo7 4341

Soit \(I(\alpha) = \int_{x=0}^{+\infty} \frac{x^{\alpha-1}}{1+x}\,d x\). Montrer que ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4344

On considère les fonctions définies par : \(f(x) = \left({ \int_{t=0}^x e^{-t^2}\,d t}\right)^2\) et ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4345

On donne : \(\int_{t=0}^{+\infty} e^{-t^2}\,d t =\frac{\sqrt\pi}2\). Existence et valeur de ...

L2 Analyse Intégration

exo7 4347

On pose, pour \(x\) réel, ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4353

Soit \(I(\alpha) = \int_{x=0}^{+\infty} \frac{\sin\alpha x}{e^x-1}\,d x\).