F est une primitive de f sur I si F'(x) = f(x) pour tout x ∈R.
Si F est une primitive de f, alors toute primitive est de la forme F + C (C ∈R).
Primitives usuelles
f(x)
F(x)
xn (n = -1)
n+1xn+1
x1
ln∣x∣
ex
ex
cos(x)
sin(x)
sin(x)
−cos(x)
cos2(x)1
tan(x)
uu′
ln∣u∣
u′⋅eu
eu
u′⋅un
n+1un+1
uu′
2u
II. Intégrale définie
Théorème fondamental
Si f est continue sur [a,b] et F est une primitive de f, alors :
a∫bf(x)dx=F(b)−F(a)=[F(x)]ab
Propriétés
Linéarité :∫(αf+βg)=α∫f+β∫g
Relation de Chasles :a∫bf+b∫cf=a∫cf
Positivité : Si f ≥ 0 sur [a,b], alors a∫bf≥0
Inégalité : Si f ≤ g sur [a,b], alors a∫bf≤a∫bg
Valeur absolue :a∫bf≤a∫b∣f∣
III. Intégration par parties
a∫bu⋅v′dx=[u⋅v]ab−a∫bu′⋅vdx
IV. Calcul d'aires
Aire entre Cf et l'axe des x sur [a,b] : A=a∫b∣f(x)∣dx
Aire entre deux courbes Cf et Cg : A=a∫b∣f(x)−g(x)∣dx
V. Valeur moyenne
μ=b−a1⋅a∫bf(x)dx
📈 Figure clé
Aire sous f(x)=4−x2 entre −2 et 2 : −2∫2(4−x2)dx
🔑 Formules clés à retenir
a∫bf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a)
IPP : ∫uv′=[uv]−∫u′v
Aire = ∫∣f(x)∣dx
Valeur moyenne = b−a1⋅∫f(x)dx
⚠️
Astuces & Pièges à éviter
Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !
🔴 Pièges classiques
❌
Aire entre deux courbes sans valeur absolue : A = ∫∣f(x)−g(x)∣dx. Si les courbes se croisent sur [a,b], il faut découper l'intervalle là où f(x)=g(x) et sommer les aires partielles !
❌
IPP : choisir u et v' correctement : pour ∫x⋅exdx, prendre u=x (u′=1) et v′=ex (v=ex). Si on prend u=ex et v′=x, l'intégrale devient plus complexe !
❌
a∫bf(x)dx peut être négatif : l'intégrale est la somme algébrique des aires (positives au-dessus de l'axe, négatives en dessous). Pour l'aire géométrique, prendre la valeur absolue de chaque partie.
🟢 Astuces de pros
✅
Méthode IPP — règle LIATE : choisir u dans l'ordre : Logarithme, Inverse, Algébrique (polynôme), Trigonométrique, Exponentielle. Le premier de la liste = u. Ex : ∫x⋅ln(x)dx → u=ln(x), v′=x.
✅
Changement de variable : poser t=g(x) → dt=g′(x)dx. Changer les bornes (x=a→t=g(a), x=b→t=g(b)) puis intégrer en t. Ne pas oublier de changer les bornes !
💡
Vérifier une primitive : dériver F pour vérifier F′=f. Toujours faire cette vérification rapide après calcul d'une primitive complexe — cela évite les erreurs de signe ou de coefficient.
🧭
Méthodes types
Pour chaque type de question : la démarche à suivre, étape par étape.
Méthodes types — Calcul intégral
Type 1 : Déterminer une primitive d'une fonction
Quand ? On demande « une primitive de f » ou de calculer ∫f(x)dx sans bornes.
Identifier la forme de f et reconnaître les primitives usuelles (xn, x1, ex, cos, sin).
Repérer les formes composées : u′un→n+1un+1, uu′→ln∣u∣, u′eu→eu.
Ajuster un coefficient multiplicatif pour faire apparaître u′.
Écrire F(x)+C (constante d'intégration).
Exemple éclair : Une primitive de f(x)=x2+12x est F(x)=ln(x2+1).
Type 2 : Calculer une intégrale définie directe
Quand ? Une intégrale a∫bf(x)dx dont une primitive est immédiate.
Vérifier que f est continue sur [a;b].
Déterminer une primitive F de f.
Appliquer le théorème fondamental : a∫bf(x)dx=[F(x)]ab=F(b)−F(a).
Simplifier le résultat numérique.
Exemple éclair :1∫ex1dx=[lnx]1e=1−0=1.
Type 3 : Calculer une intégrale par intégration par parties
Quand ? L'intégrande est un produit du type xex, xlnx, xcosx, lnx seul.
Poser u(x) (qu'on dérive) et v′(x) (qu'on intègre) ; privilégier u=ln ou u= polynôme.
Calculer u′(x) et v(x).
Appliquer a∫buv′dx=[uv]ab−a∫bu′vdx.
Calculer l'intégrale restante (réitérer la formule si nécessaire).
Exemple éclair :0∫1xexdx=[xex]01−0∫1exdx=e−(e−1)=1.
Type 4 : Calculer une aire entre courbes
Quand ? On demande l'aire du domaine délimité par Cf et l'axe des abscisses ou entre deux courbes.
Déterminer les bornes (abscisses des points d'intersection ou bornes données).
Étudier le signe de f (ou de f−g) sur l'intervalle.
Écrire l'aire A=a∫b∣f(x)−g(x)∣dx, en plaçant la fonction du haut moins celle du bas.
Calculer l'intégrale et multiplier par l'unité d'aire ∥i∥×∥j∥ si demandé.
Exemple éclair : L'aire sous f(x)=x entre 0 et 2 vaut 0∫2xdx=2 unités d'aire.
Type 5 : Calculer la valeur moyenne d'une fonction
Quand ? On demande la « valeur moyenne de f sur [a;b] ».
Vérifier la continuité de f sur [a;b] et que a=b.
Appliquer la formule μ=b−a1a∫bf(x)dx.
Calculer l'intégrale par les méthodes précédentes.
Diviser par b−a et conclure.
Exemple éclair : Valeur moyenne de f(x)=x sur [0;2] : μ=210∫2xdx=21×2=1.
Type 6 : Utiliser les propriétés de l'intégrale (positivité, ordre, encadrement)
Quand ? On demande de comparer des intégrales ou d'encadrer une intégrale sans la calculer.
Utiliser la linéarité et la relation de Chasles pour découper l'intégrale.
Si f≥0 sur [a;b] (avec a≤b), alors a∫bf≥0.
Si f≤g sur [a;b], alors a∫bf≤a∫bg (croissance).
Pour un encadrement : majorer/minorer f par des constantes m≤f≤M, d'où m(b−a)≤a∫bf≤M(b−a).
Exemple éclair : Sur [0;1], 0≤x2≤x, donc 0≤0∫1x2dx≤0∫1xdx.
Type 7 : Étudier une suite d'intégrales
Quand ? Une suite In=a∫bfn(x)dx dépendant de n (monotonie, limite, relation de récurrence).
Pour la monotonie, étudier le signe de In+1−In=a∫b(fn+1(x)−fn(x))dx.
Pour la convergence, encadrer fn et appliquer le théorème des gendarmes aux intégrales.
Pour une relation de récurrence, utiliser une intégration par parties reliant In+1 et In.
Conclure sur la limite ou la formule explicite.
Exemple éclair : Pour In=0∫1xndx=n+11, on a n→+∞limIn=0.
Type 8 : Calculer une intégrale par changement de forme ou linéarisation
Quand ? L'intégrande est une fonction trigonométrique au carré, ou se décompose en éléments simples.
Linéariser les puissances de cos et sin via cos2x=21+cos(2x), sin2x=21−cos(2x).
Pour une fraction rationnelle, décomposer en éléments simples.
Intégrer chaque terme séparément par les primitives usuelles.
Évaluer entre les bornes.
Exemple éclair :0∫πcos2xdx=0∫π21+cos(2x)dx=2π.
Calcul intégral — Fiche d'exercices
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Exercices Faciles
41 exercices
1
Calcul d'intégrales par primitives directes
Facile
Corrigé
Énoncé
Calculer les intégrales suivantes
En reconnaissant une primitive usuelle, calculer :
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Correction détaillée
5
Volumes de solides de révolution
Facile
Corrigé
Énoncé
Énoncé
L'espace est rapporté à un repère orthonormé. Calculer en cm³ le volume du solide de révolution engendré par la rotation complète de la courbe (Cf) autour de l'axe (Ox) dans chacun des cas suivants :
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Correction détaillée
27
Primitives et calcul d'intégrale — Niveau facile
Facile
Corrigé
Énoncé
Exercice 1 — Primitives et intégrale définie
On considère la fonction f définie sur R par : f(x)=3x2−4x+2ex.
Déterminer la primitive F de f sur R telle que F(0)=1. Justifier chaque étape.
Calculer l'intégrale : I=0∫1f(x)dx.
On considère la fonction g définie sur ]0;+∞[ par : g(x)=x2x+1. a) Écrire g(x) sous une forme permettant de déterminer facilement une primitive de g. b) En déduire une primitive G de g sur ]0;+∞[. c) Calculer J=1∫eg(x)dx, où e désigne la base du logarithme naturel.
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Correction détaillée
50
Aire d'un domaine et primitive d'une fonction logarithmique
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Énoncé
Soit f la fonction définie sur ]0;+∞[ par f(x)=x21+lnx, de courbe (Cf) dans un repère orthonormé (unité 1 cm). Pour n∈N∗, on note In l'aire du domaine limité par (Cf), l'axe (Ox) et les droites x=e1 et x=n.
Montrer que F:x↦x−2−lnx est une primitive de f sur ]0;+∞[.
Montrer que pour tout x∈[e1;+∞[ : f(x)≥0.
Calculer In en fonction de n puis déterminer n→+∞limIn.
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Correction détaillée
68
Primitive, aire sous une courbe et limite
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par :
f(x)=x21+lnx
On note (Cf) sa courbe dans un repère orthonormé d'unité 1 cm. Pour tout n∈N∗, on désigne par In l'aire (en cm2) du domaine limité par (Cf), l'axe des abscisses et les droites d'équations x=e1 et x=n.
Montrer que F:x↦x−2−lnx est une primitive de f sur ]0;+∞[.
Montrer que pour tout x≥e1, on a f(x)≥0.
Calculer In en fonction de n, puis déterminer n→+∞limIn.
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Correction détaillée
90
Intégration par parties et application — Bac Côte d'Ivoire 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 3
On considère la fonction f définie sur [0;1] par f(x)=(2x+1)ex.
Calculer l'intégrale I=0∫1(2x+1)exdx en effectuant une intégration par parties. On précisera clairement le choix de u et v′.
Vérifier le résultat en cherchant directement une primitive de f sous la forme G(x)=(ax+b)ex, où a et b sont des réels à déterminer.
En déduire l'aire, en unités d'aire, de la région du plan délimitée par la courbe représentative de f, l'axe des abscisses et les droites d'équation x=0 et x=1. (On admettra que f est positive sur [0;1].)
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Correction détaillée
92
Intégration par parties et aire d'une région plane
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 2 — Intégration par parties et calcul d'aire
On considère la fonction f définie sur [0;+∞[ par : f(x)=(2x+1)e−x.
On note (𝒞) sa courbe représentative dans un repère orthonormal (O;i,j).
Calculer f′(x) et étudier le signe de f′(x) sur [0;+∞[. En déduire les variations de f sur cet intervalle.
Calculer la limite de f(x) quand x→+∞. (On admettra que x→+∞limx⋅e−x=0.)
On pose J=0∫1(2x+1)e−xdx. En utilisant une intégration par parties avec u(x)=2x+1 et v′(x)=e−x, calculer J.
Soit 𝒟 le domaine délimité par la courbe (𝒞), l'axe des abscisses et les droites d'équations x=0 et x=1. Montrer que f(x)≥0 sur [0;1], puis calculer l'aire 𝒜 de 𝒟 en unité d'aire.
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Correction détaillée
93
Intégration par parties et calcul d'aire — Bac Cameroun 2023
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Intégration par parties et aire d'un domaine plan
On considère la fonction f définie sur [0 ; 1] par f(x)=(x+1)×ex et sa courbe représentative (C) dans un repère orthogonal.
Montrer que F(x)=x×ex est une primitive de f sur R.
a) Calculer l'intégrale I=0∫1(x+1)×exdx en utilisant la primitive trouvée en 1. b) Vérifier ce résultat en utilisant la méthode d'intégration par parties avec u(x)=x+1 et v′(x)=ex.
On considère la fonction g définie sur [0 ; 1] par g(x)=2x+1. a) Montrer que f(x)≥g(x) pour tout x∈[0;1]. b) Calculer l'aire du domaine plan délimité par les courbes de f et de g sur [0 ; 1]. On exprimera le résultat en unités d'aire (u.a.).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
95
Intégration par parties et aire — Niveau intermédiaire
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 2 — Intégration par parties et interprétation géométrique
On considère la fonction f définie sur [0;1] par : f(x)=(2x+1)ex.
On note (C) la courbe représentative de f dans un repère orthonormé.
Calculer f′(x) pour tout x∈[0;1]. En déduire le sens de variation de f sur [0;1] et dresser le tableau de variations complet.
On admet que F est une primitive de f sur [0;1]. Calculer l'intégrale I=0∫1(2x+1)exdx en utilisant une intégration par parties. On rappelle la formule : a∫bu(x)v′(x)dx=[u(x)v(x)]ab−a∫bu′(x)v(x)dx.
Interpréter géométriquement la valeur de I et calculer, en unités d'aire, l'aire du domaine délimité par la courbe (C), l'axe des abscisses et les droites d'équation x=0 et x=1.
Calculer la valeur moyenne de f sur [0;1], notée m. Donner la valeur exacte puis une valeur approchée à 10−2 près (on prendra e≈2,718).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
100
Étude d'une fonction et calcul d'aire — niveau intermédiaire
Intermédiaire
Corrigé
Énoncé
Exercice 4 — Étude de fonction et application intégrale
Soit f la fonction définie sur ]0;+∞[ par : f(x)=x−1−ln(x).
Calculer f′(x) et étudier son signe sur ]0;+∞[.
En déduire les variations de f et montrer que f(x)≥0 pour tout x∈]0;+∞[.
Soit g la fonction définie sur [1;e] par g(x)=ln(x). Interpréter géométriquement, puis calculer l'aire A du domaine délimité par la courbe Cg, l'axe des abscisses et les droites d'équations x=1 et x=e.
En utilisant une intégration par parties, calculer 1∫eln(x)dx et vérifier le résultat obtenu à la question 3.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
115
Aire entre deux courbes via intégration par parties
Difficile
Corrigé
Énoncé
Énoncé
Soit f définie sur ]0;+∞[ par f(x)=−41x2+4x+(21x2−4x)lnx, de courbe (Cf) dans un repère orthonormé d'unité 1 cm. Soit h définie sur [1;e] par h(x)=−41x2+4x, de courbe (Ch).
Montrer que pour tout x∈[1;e] : f(x)−h(x)≤0.
Par une intégration par parties, montrer que 1∫e(21x2−4x)lnxdx=182e3−18e2−17.
Calculer en cm² l'aire du domaine plan limité par (Cf), (Ch) et les droites x=1 et x=e.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
134
Suite auxiliaire divergente associée à une même récurrence
Difficile
Corrigé
Énoncé
On reprend la suite un=1∫ex(1−lnx)ndx qui vérifie un+1=−21+2n+1un et limun=0. Soit (vn)n≥1 une suite telle que pour tout n∈N∗ : vn+1=−21+2n+1vn, avec v1=u1.
Montrer que pour tout n≥1 : ∣vn−un∣=2n−1n!∣v1−u1∣.
Montrer que n→+∞lim∣vn−un∣=+∞, puis en déduire que (vn) est divergente.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
159
Aire sous une courbe et coût
Difficile
Corrigé
Énoncé
Une entreprise de transport à Casablanca propose un service de livraison dont le coût par kilomètre est donné par la fonction f(x)=2x+3, où x est la distance en kilomètres. On souhaite déterminer le coût total pour parcourir une distance de 5 à 10 km, ainsi que l'aire sous la courbe de coût entre ces deux points.
1. Calculez la primitive de f(x).
2. Utilisez le théorème fondamental du calcul intégral pour déterminer le coût total.
3. Interprétez le résultat obtenu dans le contexte du problème.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
160
Volume d'un solide de révolution
Difficile
Corrigé
Énoncé
Considérons la fonction f(x)=x sur l'intervalle [1,4]. On souhaite calculer le volume du solide obtenu en faisant tourner cette fonction autour de l'axe des abscisses.
1. Établissez la formule pour le volume de révolution.
2. Calculez le volume en utilisant l'intégrale définie.
3. Interprétez le résultat dans un contexte de production locale, où chaque mètre cube de produit génère un revenu de 200 dirhams.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
161
Intégration par parties et application
Difficile
Corrigé
Énoncé
Soit la fonction f(x)=xex sur l'intervalle [0,1]. On souhaite calculer l'intégrale 0∫1xexdx en utilisant l'intégration par parties.
1. Identifiez les fonctions u et dv pour l'intégration par parties.
2. Calculez l'intégrale à l'aide de la formule d'intégration par parties.
3. Interprétez le résultat obtenu dans le contexte d'une campagne de sensibilisation sur la pollution à Rabat, où chaque unité de réduction de pollution génère des économies de 150 dirhams.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
163
Calcul d'aire et interprétation géométrique complexe
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Étude de fonction et calcul d'aire
Soit la fonction f définie sur ]0;+∞[ par f(x)=x−2+x1 et (C) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O;i,j).
Étude de f : a) Calculer f′(x) et étudier son signe. En déduire le tableau de variations de f. b) Montrer que la droite (D) d'équation y=x−2 est asymptote à (C) en +∞. Préciser la position relative de (C) par rapport à (D) sur ]0;+∞[.
Intersection : Déterminer les coordonnées du (ou des) point(s) d'intersection de (C) et de (D).
Calcul d'aire : a) Exprimer, pour x>0, f(x)−(x−2) et étudier son signe. b) Calculer l'aire A du domaine plan délimité par (C) et (D) sur l'intervalle [21;3]. On exprimera A en u.a. sous forme exacte.
Primitive particulière : Déterminer la primitive F de f sur ]0;+∞[ vérifiant F(1)=0.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
164
Étude d'une suite d'intégrales et encadrement
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Suite d'intégrales et encadrement
Pour tout entier naturel n≥0, on définit :
In=0∫1xn⋅exdx.
Calculs préliminaires.
Calculer I0=0∫1exdx.
En utilisant une intégration par parties, calculer I1=0∫1x⋅exdx.
Relation de récurrence. En effectuant une intégration par parties avec u(x)=xn et v′(x)=ex, montrer que pour tout entier n≥1 :
In=e−n⋅In−1.
Encadrement de In.
Montrer que pour tout x∈[0;1] et pour tout n≥0 : 0≤xn⋅ex≤e⋅xn.
En déduire : 0≤In≤n+1e.
Déterminer n→+∞limIn.
Application. En utilisant la relation de récurrence et la limite trouvée en 3.c), montrer que la suite (n!⋅In) n'est pas bornée, puis calculer I2 et I3 à l'aide de la relation de récurrence.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
165
Intégrale, inégalité et application à une suite
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Encadrement d'intégrale et convergence d'une suite
Pour tout entier n≥1, on définit : un=0∫11+xxndx.
Existence et positivité : Justifier que un est bien définie pour tout n≥1 et que un>0.
Relation de récurrence : a) Montrer que un+un+1=n+11 pour tout n≥1. Indication : calculer un+un+1 en factorisant l'intégrande. b) En déduire que la suite (un) est décroissante.
Encadrement : Pour tout x∈[0;1], montrer que : 21⋅xn≤1+xxn≤xn. En déduire un encadrement de un.
Limite : a) En utilisant l'encadrement de la question 3, montrer que n→+∞limun=0. b) En utilisant la relation un+un+1=n+11, retrouver ce résultat.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
166
Suite d'intégrales et encadrement — Niveau difficile
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 3 — Suite d'intégrales, encadrement et limite
Pour tout entier naturel n≥1, on définit la suite (In) par :
In=1∫exnln(x)dx
où e désigne la base du logarithme naturel.
Calcul de I1 : a) Calculer I1=1∫exln(x)dx en utilisant une intégration par parties. On précisera le choix de u et v′. b) Vérifier que I1=4e2+1.
Formule de récurrence : Pour tout entier n≥1, montrer que :
In=n+1en+1−(n+1)21×(en+1−1)
On pourra poser u(x)=ln(x) et v′(x)=xn, et justifier soigneusement chaque étape.
Encadrement et limite : a) Montrer que pour tout x∈[1;e] et tout n≥1 : 0≤xnln(x)≤xn(x−1). (On rappelle que ln(x)≤x−1 pour tout x>0.) b) En déduire un encadrement de In en fonction de n. c) Déterminer la limite de (n+1)×In quand n→+∞. Justifier rigoureusement.
Application numérique : Un ingénieur à Casablanca modélise un phénomène physique par la quantité :
Sn=(n+1)×In−n+1en+1
Montrer que Sn=−(n+1)2en+1−1, puis étudier le signe de Sn pour n≥1 et interpréter.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
167
Problème : aire, inégalité intégrale et encadrement de ln 2 — niveau difficile
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6
On considère la fonction f définie sur ]0;+∞[ par f(x)=x1.
Partie A — Encadrement de ln 2
Montrer que pour tout x∈[1;2] : 21≤x1≤1.
En déduire, en utilisant les propriétés de l'intégrale, que : 21≤ln2≤1.
Partie B — Encadrement plus précis
Pour tout entier naturel n≥1, on pose :
Sn=n1×k=1∑n1+k/n1.
Montrer que Sn=n1×k=1∑nn+kn.
Calculer S2 et S3 (valeurs exactes).
Admettre que Sn→ln2 quand n→+∞. En utilisant S4, donner un encadrement de ln 2 à 10−2 près en justifiant que S4 est une valeur approchée par défaut de ln 2.
Partie C — Aire et interprétation
Calculer l'aire A de la région du plan délimitée par la courbe de f, l'axe des abscisses et les droites d'équations x=1 et x=2.
On considère la fonction g définie sur [1;2] par g(x)=−x+2. Calculer l'aire B de la région délimitée par les courbes de f et g sur [1;2], en précisant sur quel(s) sous-intervalle(s) on a f(x)≥g(x).
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
169
Étude d'une fonction et calcul d'aire — Contexte économique
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5
Une entreprise basée à Casablanca modélise son bénéfice journalier (en milliers de dirhams) au cours d'une période de travail de t heures (t∈[0;4]) par la fonction :
f(t)=(t−2)e−t/2+1.
Partie A — Étude de f
Calculer f′(t) et étudier son signe sur [0;4]. En déduire le tableau de variations de f sur [0;4].
Montrer que f s'annule en exactement un point t0∈[0;2[. On admettra que t0≈0,84.
Partie B — Calcul d'aires
Montrer que la fonction G définie par G(t)=−(2t)e−t/2+t est une primitive de f sur R.
Calculer l'aire A1 de la région délimitée par la courbe de f, l'axe des abscisses sur l'intervalle [t0;4] (on exprimera le résultat en fonction de e).
En utilisant la relation de Chasles et le résultat précédent, calculer l'intégrale 0∫4f(t)dt. Interpréter économiquement ce résultat.
Bloqué sur cet exercice ? Prof Hicham t'explique pas à pas.
Correction détaillée
170
Étude complète et volume de révolution
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 5 — Étude complète d'une fonction et volume de révolution
On considère la fonction f définie sur ]0 ; +∞[ par : f(x)=x−1−ln(x). On note (C) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O ; i ; j) (unité graphique : 2 cm).
Étude de f :
Calculer les limites de f en 0+ et en +∞.
Étudier les variations de f et dresser son tableau de variations complet.
Montrer que f(x)≥0 pour tout x∈ ]0 ; +∞[, avec égalité uniquement en x=1.
Tangente en un point : Déterminer l'équation de la tangente (T) à (C) au point d'abscisse x=e.
Calcul d'intégrale : On admet que ∫ de a à b de ln(x) dx = [x×ln(x)−x] de a à b. Calculer J=∫ de 1 à e2 de f(x) dx.
Aire : Soit D le domaine délimité par (C), l'axe des abscisses et les droites d'équations x=e1 et x=e. Calculer l'aire A du domaine D en unités d'aire.
Volume de révolution : On considère le domaine D' délimité par (C), l'axe des abscisses et les droites x=1 et x=e. Calculer le volume V du solide engendré par la rotation de D' autour de l'axe des abscisses. On rappelle : V=π×∫ de a à b de [f(x)]2 dx.
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Correction détaillée
171
Inégalité intégrale, suite et comportement asymptotique
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Inégalités intégrales et suite définie par une intégrale
Pour tout entier naturel n≥1, on définit la suite (un) par : un=0∫11+xxndx.
Calcul des premiers termes :
Montrer que u1=1−ln(2).
En remarquant que 1+xx=1−1+x1, vérifier ce résultat et calculer u2.
Relation de récurrence : Montrer que pour tout n≥1 : un+un+1=n+11. Indication : calculer un+un+1 en regroupant les intégrales.
Encadrement et limite :
Montrer que pour tout x∈[0;1] et tout n≥1 : 2xn≤1+xxn≤xn. En déduire : 2(n+1)1≤un≤n+11.
Montrer que la suite (un) converge et déterminer sa limite.
Application : En utilisant la relation un+un+1=n+11 et la limite trouvée, montrer que : n→+∞limn×un=21. On pourra considérer n×un=n+1n−n×un+1.
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Correction détaillée
172
Suite définie par une intégrale — niveau difficile
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice 6 — Suite définie par une intégrale et encadrement
Pour tout entier naturel n, on définit : In=0∫1xn⋅exdx.
Partie A — Relation de récurrence a) Calculer I0=0∫1exdx. b) En utilisant une intégration par parties avec u(x)=xn et v′(x)=ex, établir la relation de récurrence : In=e−n⋅In−1, pour tout n≥1. c) Calculer I1 puis I2.
Partie B — Encadrement a) Montrer que pour tout x∈[0;1] et tout n∈N : 0≤xn⋅ex≤ex. b) En déduire que 0≤In≤e−1 pour tout n∈N. c) Montrer de plus que In≤0∫1xn⋅edx=n+1e, puis conclure sur le comportement de In quand n→+∞.
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Correction détaillée
173
Calcul intégral : primitive, intégrale et aire
Difficile
Corrigé
Énoncé
Exercice — Calcul intégral (20 points)
Soit la fonction f définie sur R par : f(x)=(2x−1)ex.
On note Cf sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O,i^,j^).
Partie A — Étude de f
Calculer f′(x) et étudier son signe. En déduire les variations de f.
Montrer que la droite (D) d'équation y=−1 est tangente à Cf en un point A dont on précisera les coordonnées.
Déterminer les limites de f en −∞ et en +∞. (On rappelle que x→−∞limx⋅ex=0.)
Partie B — Primitive et intégrale
On cherche une primitive F de f de la forme F(x)=(ax+b)ex, où a et b sont des réels. a) En dérivant F(x)=(ax+b)ex, exprimer F′(x) en fonction de a, b et x. b) Identifier a et b en écrivant F′(x)=f(x). En déduire une primitive F de f.
Calculer I=0∫1f(x)dx en utilisant F. Donner la valeur exacte de I.
Partie C — Aire d'un domaine
Montrer que, sur l'intervalle [0;1], on a f(x)≤0 pour x∈[0;1/2] et f(x)≥0 pour x∈[1/2;1].
En déduire l'aire (en unités d'aire) du domaine délimité par Cf, l'axe des abscisses et les droites d'équations x=0 et x=1. On donnera la valeur exacte, puis une valeur approchée à 10−2 près (on admet e≈2,718).
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177
Volume de révolution — f(x) = √x sur [0, 4]
Difficile
Corrigé
Énoncé
Soit f(x)=x définie sur [0,4]. On fait tourner la surface délimitée par la courbe Cf, l'axe des abscisses et les droites x=0 et x=4 autour de l'axe des abscisses (axe Ox).
Rappeler la formule du volume de révolution autour de Ox.
Calculer le volume V engendré.
En déduire une expression exacte, puis une valeur approchée au centième (prendre π≈3.14).