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Encadrer une intégrale qu'on ne sait pas calculer

Exercice · niveau 3 (difficile) · mathématiques appliquées (ECG 1re année), chapitre 8 — Calcul différentiel et intégral · Intégration sur un segment

Énoncé

Soit . En partant de , établir sur , puis en déduire un encadrement de .

Corrigé

La minoration. L'inégalité , valable pour tout réel , appliquée à , donne directement .

La majoration. Montrons d'abord que pour . Posons , dérivable, avec

Or (l'inégalité de départ en ), donc . Ainsi est croissante sur , et comme , on a pour . En prenant :

L'intégration des inégalités. Les trois fonctions sont continues sur et : on peut intégrer l'encadrement terme à terme. Or

Conclusion. , c'est-à-dire La valeur exacte est : elle est bien dans l'étau.

Le point à retenir. Aucune primitive de ne s'exprime avec les fonctions usuelles. Encadrer la fonction par deux polynômes, puis intégrer l'encadrement, est le seul moyen élémentaire d'en dire quelque chose de certain — et le sens de l'inégalité n'est conservé que parce que la borne du bas est plus petite que celle du haut.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.