Licence 2Analyse

Intégrales généralisées

60 min15 exercicesSéquence 2.2 — Licence 2
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Durée : 60 min

Intégrales généralisées (impropres)

1. Définitions

Intégrale en +∞+\infty : ∫a+∞f(t) dt=lim⁡x→+∞∫axf(t) dt\int_a^{+\infty} f(t)\,dt = \lim_{x\to+\infty}\int_a^x f(t)\,dt (si la limite existe et est finie).

Intégrale avec singularité en bb : ∫abf(t) dt=lim⁡ε→0+∫ab−εf(t) dt\int_a^b f(t)\,dt = \lim_{\varepsilon\to0^+}\int_a^{b-\varepsilon} f(t)\,dt.

2. Intégrales de référence

∫1+∞dttα converge⇔α>1\int_1^{+\infty}\frac{dt}{t^\alpha}\text{ converge} \Leftrightarrow \alpha>1

∫01dttα converge⇔α<1\int_0^1\frac{dt}{t^\alpha}\text{ converge} \Leftrightarrow \alpha<1

Intégrale de Gauss-Euler : ∫0+∞e−t2dt=π2\int_0^{+\infty}e^{-t^2}dt=\frac{\sqrt{\pi}}{2}.

3. Critères de convergence

Critère de comparaison : si 0≤f(t)≤g(t)0\leq f(t)\leq g(t) et ∫g\int g converge, alors ∫f\int f converge.

Critère des équivalents : si f(t)∼t→+∞g(t)≥0f(t)\sim_{t\to+\infty} g(t)\geq0, les intégrales ont même nature.

Convergence absolue : si ∫∣f∣\int|f| converge, alors ∫f\int f converge.

4. Règles de calcul

Intégration par parties : ∫a+∞f′g=[fg]a+∞−∫a+∞fg′\int_a^{+\infty}f'g = [fg]_a^{+\infty}-\int_a^{+\infty}fg'.

Changement de variable : ∫a+∞f(u(t))u′(t) dt\int_a^{+\infty}f(u(t))u'(t)\,dt.

5. Exemples fondamentaux

∫0+∞e−tdt=1\int_0^{+\infty}e^{-t}dt = 1

∫0+∞tα−1e−tdt=Γ(α)(α>0)\int_0^{+\infty}t^{\alpha-1}e^{-t}dt = \Gamma(\alpha) \quad (\alpha>0)

avec Γ(n)=(n−1)!\Gamma(n)=(n-1)! pour n∈N∗n\in\mathbb{N}^*.

Formule de la fonction Gamma : Γ(α+1)=αΓ(α)\Gamma(\alpha+1)=\alpha\Gamma(\alpha).

Exercices

L'intégrale ∫1+∞dtt2\int_1^{+\infty}\frac{dt}{t^2} est égale à :

Vrai ou faux : ∫1+∞dtt\int_1^{+\infty}\frac{dt}{t} converge.

∫0+∞e−2tdt\int_0^{+\infty}e^{-2t}dt vaut :

Vrai ou faux : ∫01dt/t\int_0^1 dt/\sqrt{t} converge.

Quelle est la valeur de Γ(4)\Gamma(4) ?

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