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Alors pour tous nombres réels a et $b$ de $I$ tels que $a\le b$, nous avons:\[\int_a^b{f(x)\;\mathrm{d}x}\ge 0. \] Voir la preuve Soit $f$ continue et positive sur $I$, son intégrale est, par définition, une aire donc positive. Propriété Croissance de l'intégrale Soient $f$ et $g$ deux fonctions continues sur un intervalle $I$. Si $f\le g$ alors pour tous nombres réels a et $b$ de $I$ tels que $a\le b$, nous avons:\[\int_a^b{f(x)\;\mathrm{d}x}\le \int_a^b{g(x)\;\mathrm{d}x}. \] Voir la preuve Si $f\le g$ alors $g-f$ est continue et positive, la positivité de l'intégrale entraîne: \[\int_a^b{(g-f)(x)\;\mathrm{d}x}\ge 0. \]C'est-à-dire:\[\int_a^b{g(x)\;\mathrm{d}x}\ge \int_a^b{f(x)\;\mathrm{d}x}. Croissance de l intégrale tome. \] Propriété Inégalité de la moyenne Soit $f$ une fonction continue sur un intervalle $[a, b]$. Soient $m$ et $M$ deux réels tels que, pour tout $x$ de $[a, b]$, on ait $m\le f(x)\le M$, alors:\[m(b-a)\le \int_a^b{f(x)\;\mathrm{d}x}\le M(b-a). \] Voir la preuve Si pour tout $x$ de $[a, b]$, $m\le f(x)\le M$, on a, d'après la propriété précédente: \[\int_a^b{m}\;\mathrm{d}x\le \int_a^b{f(x)}\;\mathrm{d}x\le \int_a^b{M}\;\mathrm{d}x.
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Intégration et positivité C'est en classe de terminale que l'on découvre un formidable outil mathématique, l' intégration. Formidable dans ses applications pratiques (bien qu'elles ne se découvrent pas encore en terminale) et par les propriétés dont sont munies les intégrales: la linéarité, la relation de Chasles et la positivité. Au sens large, la positivité s'énonce elle-même par deux propriétés. Propriété 1: la positivité Soit \(a\) et \(b\) deux réels tels que \(a < b\) et \(f\) une fonction continue sur l' intervalle \([a \, ; b]. \) Si pour tout réel \(x ∈ [a\, ; b]\) on a \(f(x) \geqslant 0, \) alors: \[\int_a^b {f(x)dx \geqslant 0} \] Comment se fait-il? Soit \(F\) une primitive de \(f\) sur \([a \, ; b]. Introduction aux intégrales. \) Donc pour tout \(x\) de \([a \, ; b], \) \(F'(x) = f(x). \) Comme sur cet intervalle \(f\) est positive, nous déduisons que \(F\) est croissante. Donc \(F(a) \leqslant F(b). \) Rappelons que l'intégrale de \(f\) entre \(a\) et \(b\) s'obtient par la différence \(F(b) - F(a).
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On démontre la contraposée, d'abord dans le cas d'une fonction positive. Supposons qu'il existe x 0 ∈] a, b [ tel que f ( x 0) > 0. Alors la fonction f est strictement supérieure à f ( x 0) / 2 au voisinage de x 0 donc il existe deux réels c et d tels que a < c < x 0 < d < b et pour tout x ∈] c, d [ on ait f ( x) > f ( x 0) / 2. Croissance de l intégrale il. On trouve alors ∫ a b f ( t) d t = ∫ a c f ( t) d t + ∫ c d f ( t) d t + ∫ d b f ( t) d t ≥ ∫ c d f ( x 0) / 2 d t = f ( x 0) / 2 ( d − c) > 0. Inégalité triangulaire Pour toute fonction f continue sur un segment [ a, b], on a | ∫ a b f ( t) d t | ≤ ∫ a b | f ( t) | d t On a pour tout t ∈ [ a, b], − | f ( t) | ≤ f ( t) ≤ | f ( t) | donc − ∫ a b | f ( t) | d t ≤ ∫ a b f ( t) d t ≤ ∫ a b | f ( t) | d t. Pour une fonction négative, on applique la propriété à la fonction opposée, qui est positive d'intégrale nulle. Valeur moyenne continue sur un segment [ a, b] avec a < b, sa valeur moyenne est définie par 1 / ( b − a) ∫ a b f ( t) d t. La formule de la valeur moyenne est valable même si les bornes sont données dans l'ordre décroissant: 1 / ( b − a) = 1 / ( a − b) ∫ b a f ( t) d t.
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L'intégrale est donc négative mais une aire se mesure, comme une distance, par une valeur POSITIVE. En l'occurrence, elle est donc égale à la valeur absolue du nombre trouvé. Il est possible qu'une fonction n'admette pas de primitive connue. Sous certaines conditions, une intégrale peut tout de même être approximée par d'autres moyens ( sommes de Davoux... ). Propriétés de l’intégrale | eMaths – Plateforme de cours. Propriétés Elles sont assez intuitives.
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\] Exemple On considère, pour $n\in \N^*$, la suite ${\left({I_n} \right)}_n$ définie par ${I_n}=\displaystyle\int_0^{\pi/2}{\sin^n(x)\;\mathrm{d}x}$. Sans calculer cette intégrale, montrer que la suite ${\left({I_n} \right)}_n$ vérifie pour $n\in \N^*$, $0\le {I_n}\le \dfrac{\pi}{2}$ et qu'elle est décroissante. Voir la solution Pour tout $n\in \N^*$ et tout $x\in \left[0, \dfrac{\pi}{2} \right]$, on a $0\le {\sin^n}(x)\le 1$. En intégrant cette inégalité entre $0$ et $\dfrac{\pi}{2}$, il vient:\[\int_0^{\pi/2}{0}\;\mathrm{d}t\le \int_0^{\pi/2}{\sin^n(x)}\;\mathrm{d}t\le \int_0^{\pi/2}{1}\;\mathrm{d}t\]c'est-à-dire:\[0\le I_n\le \frac{\pi}{2}. \]Par ailleurs, pour tout $x\in \left[0, \dfrac{\pi}{2} \right]$, on a $0\le \sin(x)\le 1$. Croissance de l intégrale tome 2. Donc:\[\forall n\in \N^*, \;0\le {\sin^{n+1}}(x)\le {\sin^n}(x). \]En intégrant cette nouvelle inégalité entre $0$ et $\dfrac{\pi}{2}$, il vient:\[\int_0^{\pi/2}{0}\;\mathrm{d}t\le \int_0^{\pi/2}{\sin^{n+1}(x)}\;\mathrm{d}t\le \int_0^{\pi/2}{\sin^n(x)}\;\mathrm{d}t\]Ceci prouve que ${I_{n+1}}\le {I_n}$, c'est-à-dire que la suite ${\left({I_n} \right)}_n$ est décroissante.
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Exercice 1 Quel est le signe de l'intégrale suivante? \[\int_0^3 {\left[ {{e^x} \times \ln (x + 2)} \right]} dx\] Exercice 2 1- Montrer que pour tout réel \(x \geqslant 1\) on a \(\frac{1}{x^2} \leqslant \frac{1}{x} \leqslant \frac{1}{\sqrt{x}}\) 2- Calculer \(\int_1^3 {\frac{dx}{x}}\) 3- En déduire un encadrement de \(\ln 3. \) Corrigé 1 Quel que soit \(x, \) son exponentielle est positive. Quel que soit \(x \geqslant 0, \) \(x + 2 \geqslant 2, \) donc \(\ln (x + 2) \geqslant 0. Intégrale généralisée. \) Un produit de facteurs positifs étant positif, l'intégrale l'est aussi sans l'ombre d'un doute. Corrigé 2 1- Tout réel \(x \geqslant 1\) est supérieur à sa racine carrée et inférieur à son carré. Donc \(1 \leqslant \sqrt{x} \leqslant x \leqslant x^2\) La fonction inverse étant décroissante sur \([1\, ; +∞[, \) nous avons: \(0 \leqslant \frac{1}{x^2} \leqslant \frac{1}{x} \leqslant \frac{1}{\sqrt{x}} \leqslant 1\) 2- Une primitive de la fonction inverse est la fonction logarithme (la notation entre crochets ci-dessous n'est pas toujours employée en terminale bien qu'elle soit très pratique).
Exemple de calcul d'aire entre deux fonctions: voir la page indice de Gini. Exemple d'application en finance: voir la page taux continu. Enfin, l' inégalité de la moyenne: si \(m \leqslant f(x) \leqslant M\) alors... \[m(b - a) < \int_a^b {f(x)dx} < M(b - a)\] Les intégrations trop rétives peuvent parfois être résolues par la technique de l' intégration par parties ou par changement de variable. Au-delà du bac... En analyse, il est primordial de savoir manier l'intégration, non seulement pour les calculs d'aires, mais aussi parce que certaines fonctions ne sont définies que par leur intégrale (intégrales de Poisson, de Fresnel, fonctions eulériennes... ). Certaines suites aussi, d'ailleurs. Lorsqu'une fonction est intégrée sur un intervalle infini, ou si la fonction prend des valeurs infinies sur cet intervalle, on parle d' intégrale généralisée ou impropre. En statistiques, c'est ce type d'intégrale qui permet de vérifier si une fonction est bien une une fonction de densité et de connaître son espérance et sa variance.