FichesAnalyse II

Analyse II · niveau renforcé

Primitives et intégrales

📘

Définition

Primitive

une fonction est une primitive de sur un intervalle si

Infinité de primitives

si est une primitive de , alors (avec ) est aussi une primitive. Deux primitives diffèrent toujours d'une constante.

Intégrale indéfinie

l'ensemble des primitives de se note

Intégrale définie

pour continue sur ,


est l'aire algébrique sous la courbe entre et (positive au-dessus de l'axe, négative en dessous).

Bornes et variable

sont les bornes, est la variable d'intégration, et indique ``on intègre par rapport à ''.

Théorème fondamental

si est continue sur et est une primitive de , alors

Subdivision d'un intervalle

une partition de est une suite


La maille de la partition est .

Sommes inférieure et supérieure

si est bornée sur , on note sur chaque sous-intervalle


puis

Intuition : sous-estime l'aire, la surestime.

Somme de Riemann

en choisissant un point ,


approxime l'aire algébrique sous la courbe.

Intégrabilité (au sens de Riemann)

une fonction est intégrable sur si, lorsque , les sommes de Riemann tendent vers une même limite (indépendante du choix des ). Cette limite est .

Cas important

toute fonction continue sur est intégrable sur .

Intégrales impropres

on étend la définition de l'intégrale définie par des limites :


et si a une discontinuité en :

l'intégrale existe si et seulement si les deux limites sont finies.

🧮

Formules essentielles

Linéarité

Primitives usuelles (avec constante)

  • Puissances () :

  • Cas :

  • Exponentielle :

  • Trigonométriques :

  • Inverse de :

  • Inverse de (sur ) :

Reconnaître une dérivée de composée (cas fréquents)

  • Puissance d'une fonction (si ) :

  • Exponentielle composée :

  • Logarithme :

  • Trigonométriques composées :

Propriétés des intégrales définies



(relation de Chasles).

Paramètres simples


Inégalités et monotonicité

  • Si sur , alors .
  • Si sur , alors .
  • Encadrement : si sur , alors

Symétries (sur )

  • Si est paire (), alors .
  • Si est impaire (), alors .

Changement de variable (substitution)


En intégrale définie (si est monotone) :

Intégration par parties


et

Fractions rationnelles et éléments simples

  • Si : faire la division euclidienne d'abord.
  • Si le dénominateur factorise : écrire la fraction comme somme de termes du type


puis intégrer terme à terme.

Deux intégrales impropres classiques (tests )

🛠️

Méthodes

Pour trouver une primitive :

  • Simplifier l'expression (développer/factoriser si utile).
  • Utiliser la linéarité pour séparer en somme de termes simples.
  • Appliquer une primitive usuelle (table).
  • Si un terme ressemble à , utiliser un patron de composée :

  • Ajouter toujours la constante (intégrale indéfinie).

Pour calculer (fonction continue) :

  • Trouver une primitive de .
  • Calculer .
  • Ne pas mettre de constante (elle s'annule dans la différence).

Pour calculer une aire géométrique sous :

  • Faire un croquis et déterminer où ou .
  • Trouver les points où (intersections avec l'axe ).
  • Découper l'intervalle en morceaux où le signe est constant.
  • Aire géométrique :

Pour l'aire entre deux courbes et :

  • Résoudre pour trouver les bornes (intersections).
  • Identifier la courbe du haut (celle qui a les plus grandes valeurs).
  • Calculer

Pour déterminer une constante avec une condition (ex. ) :

  • Écrire .
  • Remplacer et pour trouver .

Pour utiliser un changement de variable (substitution) :

  • Repérer une composition et la présence de (au moins ``à un facteur près'').
  • Poser puis calculer .
  • Réécrire toute l'intégrale en fonction de (plus de ).
  • Intégrer en , puis revenir à (si intégrale indéfinie).
  • En définie : changer aussi les bornes et .

Pour faire une intégration par parties :

  • Identifier un produit : .
  • Choisir (à dériver) et (à intégrer), puis utiliser

  • Choix de (heuristique) : prendre qui se simplifie en dérivant (polynôme, , arctan, etc.).
  • Attention au terme et aux bornes en intégrale définie.

Pour intégrer une fraction rationnelle (éléments simples) :

  • Si nécessaire : division euclidienne pour rendre la fraction propre.
  • Factoriser le dénominateur (sur : facteurs linéaires et quadratiques irréductibles).
  • Écrire la décomposition en éléments simples.
  • Déterminer les constantes (méthode des coefficients, valeurs particulières, etc.).
  • Intégrer terme à terme (logs, arctan, puissances).

Pour calculer une intégrale impropre :

  • Identifier la cause : borne infinie ou discontinuité (verticale) à une borne ou à l'intérieur.
  • Remplacer par une (ou deux) limites d'intégrales.
  • Calculer l'intégrale sur un intervalle fini, puis passer à la limite.
  • Conclure : convergente si la limite est finie, sinon divergente.
📈

Interprétations et graphiques

Sommes de rectangles

on approxime l'aire sous la courbe sur par une somme de rectangles ; quand le nombre de rectangles augmente, l'approximation devient meilleure.

Aire algébrique

additionne les aires au-dessus de l'axe et soustrait celles en dessous.

Lien dérivée / intégrale

intégrer revient (souvent) à ``remonter'' une dérivation, et le théorème fondamental relie l'intégrale définie à une primitive.

Valeur moyenne

si est continue sur , il existe tel que


Graphiquement : aire sous la courbe aire d'un rectangle de base et de hauteur .

Lecture via sommes inférieure/supérieure

en découpant ,


et lorsque le découpage s'affine (), les deux encadrements se resserrent.

Fonction aire accumulée

si est continue et , alors


Interprétation : la dérivée de l'aire accumulée à l'instant redonne la hauteur .

Figure : analyse 2 3 primitives et integrales

Exemple de lecture : change de signe sur (zéros en et ). Pour l'aire géométrique, on découpe l'intervalle.

Figure : analyse 2 3 primitives et integrales

Quand le découpage s'affine, la somme des aires des rectangles se rapproche de l'intégrale.

✏️

Exemples-types

Primitive d'un polynôme


Solution. Par linéarité et formule :

Donc

Complément : intégration par parties

Calculer .

On pose et . Alors et .

Primitive par reconnaissance de



Solution. On reconnaît et , donc

Ici , donc

Variante (détermination de ). Si on impose , alors

Complément : éléments simples

Calculer .

On factorise et on cherche


Alors

D'où

Donc

Intégrale définie par primitive


Solution. Une primitive de est . Donc

Complément : intégrale impropre (borne infinie)

Calculer .

On écrit


Une primitive est . Donc

En passant à la limite , , donc

Aire entre deux courbes

Calculer l'aire du domaine borné par et .

Solution. On cherche les intersections :


donc ou . Sur , on a , donc

Primitives :

Donc

Complément : substitution (changement de bornes)

Calculer .

On pose donc . Quand , ; quand , :

⚠️

Pièges et cas particuliers

Oublier

dans une intégrale indéfinie : toute primitive s'écrit .

Confondre aire algébrique et aire géométrique

si est négative, mais l'aire géométrique est positive (prendre la valeur absolue après découpage).

Cas

la formule ne marche pas pour (il faut ).

Logarithme

toujours ou (attention au domaine).

Bornes inversées

.

Relation de Chasles

utile pour découper l'intervalle, mais attention au sens des bornes.

Aire entre deux courbes

il faut haut bas et vérifier sur l'intervalle (un croquis évite les erreurs).

Variable d'intégration

ne dépend pas du nom de la variable (on peut écrire ).

Continuité

le théorème fondamental est appliqué lorsque est continue sur (ou au moins intégrable et avec primitive sur l'intervalle considéré).

Substitution mal faite

il faut tout transformer (y compris ) et ne pas laisser de quand on intègre en .

(Renforcé) Substitution en définie

on change les bornes ou bien on revient à avant d'évaluer, mais il faut être cohérent (ne pas mélanger).

Intégration par parties

  • Mauvais choix de : si dériver complique, l'intégrale peut empirer.
  • Oublier le terme ou son évaluation en intégrale définie.

Éléments simples

  • Oublier la division euclidienne si la fraction n'est pas propre.
  • Factorisation incomplète du dénominateur (facteurs répétés, quadratique irréductible).
  • : valeur absolue indispensable.

Intégrales impropres

  • Toujours : remplacer par une limite : une primitive ne suffit pas tant que la limite n'est pas traitée.
  • Si discontinuité en : il faut deux limites (gauche et droite). Si l'une diverge, l'intégrale diverge.
  • Attention aux symétries : n'est pas ``automatiquement'' pour une fonction impaire (il faut convergence des deux côtés).

Symétries

pair/impaire seulement sur un intervalle symétrique ; sinon la simplification ne s'applique pas.

À retenir

Je sais définir primitive et intégrale indéfinie ().

Je connais les primitives usuelles : , , , , , .

Je sais utiliser la linéarité pour simplifier une intégrale.

Je reconnais les patrons : , , , , .

Je calcule une intégrale définie via .

Je sais changer l'ordre des bornes et utiliser Chasles.

Je distingue aire algébrique et aire géométrique (découpage + valeurs absolues).

Je sais calculer une aire entre deux courbes (intersections, hautbas).

Je pense à vérifier le signe d'une fonction sur un intervalle (croquis).

Je sais déterminer une constante avec une condition du type .

Je sais utiliser une substitution (et changer les bornes en définie).

Je sais appliquer l'intégration par parties .

Je sais traiter une fraction rationnelle : division euclidienne puis éléments simples.

Je sais reconnaître et calculer une intégrale impropre (borne infinie / discontinuité) via des limites.

Je sais exploiter les symétries (pair/impaire) sur .

Je sais encadrer une intégrale avec si .

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