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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.
L2 Analyse Intégration

exo7 4357

Soient \(J(x) = \int_{t=0}^{\pi/2}\frac{d t}{\sqrt{\sin^2t + x^2\cos^2t}}\) et ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4358

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

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4359

On pose pour \(n\ge2\) : \(v_n= \int_{x=0}^1 \frac 1{1+x^n}\, d x\). Montrer que ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4361

Domaine de définition de \(I(\alpha) = \int_{x=0}^{+\infty}\frac{x\ln x}{(1+x^2)^\alpha}\,d x\). Calculer ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4362

On considère \(f(x)= \int_{t=0}^{+\infty}\frac{d t}{t^x(1+t)}\).

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4364

Existence et continuité de ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4365

Développer, pour tout \(x>0\), ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4366

Étudier \(\int_{t=0}^{+\infty} \frac{e^{-tx}}{1+t^2}\,d t\).

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4368

Soit \(\alpha>0\).

L2 Analyse Intégration

exo7 4370

Montrer, pour \(x>1\) : ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4371

Soit \(f\) : \(x \mapsto \int_{t=0}^{+\infty}\frac{d t}{t^{x+1}+t+1}\). Détermin ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4373

Soit \((a_n)_{n\in\N}\) la suite définie par \(a_0=1\) et ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4374

Soit \(u_n(t)\) le terme général d’une série : \(u_n(t)= t^{n-1}\sin(nx)\) avec ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4375

Soit \(f\) continue par morceaux définie sur \(\R\), à valeurs dans ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4378

Soit \(I(a) = \int_{x=0}^{+\infty}\frac{\sh x}xe^{-ax}\,d x\).

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4379

Soit \(f : {[a,b]} \to \R\) de classe \(\mathcal{C}^2\) et ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4385

Calculer \(\iiint_D \frac{d x\,d y\,d z}{(1+x^2z^2)(1+y^2z^2)}\) avec ...

L2 Analyse Intégration solution

exo7 4391

Calculer \(A = \iint_{0\le y\le x\le 1}^{} \frac{d xd y}{(1+x^2)(1+y^2)}\).

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 4421

On suppose que la série à termes positifs de terme général \(u_n\) est divergente et on pose ...

L1 Analyse Série numérique

exo7 4443

Soit \(f : {\R^+} \to {\R^+}\) décroissante. On pose \(u_n = f(n)\) et ...

L1 Analyse Série numérique

exo7 4480

Montrer qu’il existe \(C\in\R\) tel que ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 4506

Déterminer la limite simple des fonctions \(f_n : x \mapsto \frac{x^ne^{-x}}{n!}\) sur ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions

exo7 4510

Soit \(f : {\R^+} \to \R\) continue, non identiquement nulle, telle que ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 4529

Soit \(f(a) = \sum_{n=0}^\infty e^{-a^2n^2}\) sous réserve de convergence ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 4539

Montrer, pour \(x > 0\) : ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 4558

On pose pour \(x\in\R\) : ...

L2 Analyse Série entière solution

exo7 4585

Calculer \(\sum_{n=1}^{\infty} \frac{(-1)^n}{3n+1}\cdotp\)

L2 Analyse Série entière solution

exo7 4609

Établir la convergence puis calculer la valeur de \(\int_{t=0}^1 \frac{\ln(t^2)\ln(1-t^2)}{t^2}\,d t\).

L2 Analyse Série entière

exo7 4610

Montrer que pour \(x \in {]-1,1[}\) : ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5450

Etude complète de la fonction \(f(x)=\frac{1}{x-1}\int_{1}^{x}\frac{t^2}{\sqrt{1+t^8}}\;dt\).

L1 Analyse Série numérique solution

exo7 5710

Calculer \(\sum_{n=0}^{+\infty}\frac{(-1)^n}{3n+1}\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5713

Etudier l’existence des intégrales suivantes

1) (** ...
L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5714

Etudier l’existence des intégrales suivantes.

1) (* ...
L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5715

(Hors programme) Etudier la convergence des intégrales impropres suivantes :

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5716

Existence et calcul de :

1) (** I) ...
L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5717

Deux calculs de \(I =\int_{0}^{\pi/2}\ln(\sin x)\;dx\).

1) (** I) En utilisant ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5718

En utilisant un développement de \(\frac{1}{1-t}\), calculer ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5719

Calculer \(\int_{0}^{1}\frac{t-1}{\ln t}\;dt\) (en écrivant ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5720

1) (** I) Trouver un équivalent simple quand \(x\) tend vers ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5721

Etude complète de \(f~:~x\mapsto\int_{x}^{x^2}\frac{1}{\ln t}\;dt\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5722

(Hors programme) Convergence et calcul de \(\int_{1}^{+\infty}\frac{(-1)^{E(x)}}{x}\;dx\).

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5723

Soit \(f\) définie, continue, positive et décroissante sur \([1,+\infty[\), intég ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5724

Soit \(f\) de classe \(C^1\) sur \(\Rr^+\) à val ...

L1 Analyse Calcul d'intégrales solution

exo7 5725

Soit \(f\) de classe \(C^2\) sur \(\Rr\) à valeu ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5727

Pour \(n\in\Nn^*\), on pose ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5736

Pour \(x>0\), on pose \(f(x) =\sum_{n=0}^{+\infty}e^{-x\sqrt{n}}\). Trouver un ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5737

Pour \(x\in]-1,1[\), on pose \(f(x)=\sum_{n=1}^{+\infty}x^{n^2}\). Trouver un équ ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5738

Pour \(n\in\Nn^*\), on pose ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5740

Montrer que ...

L2 Analyse Suite et série de fonctions solution

exo7 5741

Calculer \(\int_{0}^{+\infty}\frac{x}{\sh x}\;dx\) en écrivant cette intégrale comme somme d’une série.