📘 Fiche de cours
L'essentiel du cours
L'intégration au programme de MPSI repose sur l'intégrale de Riemann des fonctions continues par morceaux sur un segment $[a, b]$.
- Linéarité et Chasles : L'intégrale est une forme linéaire. La relation de Chasles permet de découper l'intervalle.
- Positivité : Si $f \geq 0$ sur $[a, b]$, alors $\int_a^b f(t) dt \geq 0$.
- Inégalité de la moyenne : Si $m \leq f(t) \leq M$, alors $m(b-a) \leq \int_a^b f(t) dt \leq M(b-a)$.
- Inégalité de Cauchy-Schwarz : $\left( \int_a^b f(t)g(t) dt \right)^2 \leq \left( \int_a^b f^2(t) dt \right) \left( \int_a^b g^2(t) dt \right)$.
- Théorème fondamental : Si $f$ est continue sur $I$, alors $F(x) = \int_a^x f(t) dt$ est l'unique primitive de $f$ s'annulant en $a$.
- Intégration par parties (IPP) : $\int_a^b u(t)v'(t) dt = [u(t)v(t)]_a^b - \int_a^b u'(t)v(t) dt$.
Méthodes à maîtriser
- Calcul de primitives : Maîtriser les formes usuelles (composées, fractions rationnelles simples).
- Changement de variable : Poser $t = \phi(u)$, ne pas oublier de transformer les bornes et de remplacer $dt$ par $\phi'(u)du$.
- Majoration d'intégrale : Utiliser l'inégalité triangulaire : $|\int_a^b f(t) dt| \leq \int_a^b |f(t)| dt$.
- Étude de fonctions définies par une intégrale : Dériver, étudier les variations, puis chercher les limites.
Exemples corrigés
- IPP : Calculer $I = \int_0^1 t e^t dt$. On pose $u=t, v'=e^t \implies u'=1, v=e^t$. $I = [te^t]_0^1 - \int_0^1 e^t dt = e - (e-1) = 1$.
- Changement de variable : $J = \int_0^1 \frac{1}{1+e^t} dt$. Poser $u = e^t \implies du = e^t dt = u dt$. $J = \int_1^e \frac{1}{u(1+u)} du = \int_1^e (\frac{1}{u} - \frac{1}{1+u}) du = [\ln(\frac{u}{1+u})]_1^e = \ln(\frac{e}{1+e}) - \ln(1/2) = \ln(\frac{2e}{1+e})$.
Erreurs fréquentes
- Oublier de vérifier la continuité de la fonction avant d'appliquer le théorème fondamental.
- Ne pas changer les bornes lors d'un changement de variable.
- Confondre la variable d'intégration (muette) avec la borne de l'intégrale.
- Appliquer l'IPP sans vérifier que les fonctions sont de classe $C^1$.