Adloun

Une intégrale logarithmique qui vaut

Application directe du cours · niveau 3 (difficile) · mathématiques (PC), chapitre 9 — Intégration sur un Intervalle Quelconque et Intégrales à Paramètres · Autres exercices résolus, par thème du cours

Énoncé

Montrer que (développer ; les fonctions sont positives sur , d'intégrale ; vérifier les hypothèses du théorème d'intégration terme à terme ; la valeur est admise).

Corrigé

Stratégie : développer en série géométrique, puis échanger somme et intégrale. L'intégrande garde un signe constant sur . L'échange se justifie par le théorème d'intégration terme à terme — le seul que connaisse le programme de PC —, dont l'hypothèse se calcule ici explicitement.

1. Intégrabilité. est continue et négative sur .

Donc est intégrable sur .

2. Le développement. Pour , la série géométrique de raison converge, et

On a changé de signe pour travailler sur des termes positifs : .

3. Calcul de . Le changement de variable , bijection de classe strictement décroissante de sur , avec , puis , donnent

car, par une intégration par parties au crochet nul, .

4. Les hypothèses du théorème, une par une.

Le théorème d'intégration terme à terme donne

la valeur étant admise ; en changeant de signe, .

Le point délicat : l'hypothèse porte sur , et non sur ; ici les deux coïncident parce que tout est positif. Pour une série alternée, comme celle qui donne , la série des peut diverger : on domine alors les sommes partielles.

Contrôle chiffré. , et une quadrature numérique de l'intégrale donne la même valeur à douze décimales. Premiers termes : , , , conformes à .

Ce qui est acquis. Sur des termes positifs, l'hypothèse se calcule, et le calcul donne le résultat : c'est le mécanisme « série géométrique sous l'intégrale », qui relie intégrales et séries de Riemann.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

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