Problème — Étude d'une fonction définie par une intégrale
Exercice de TD · niveau 3 (difficile) · mathématiques (terminale), chapitre 6 — Primitives et Intégration
Énoncé
Problème — Étude d'une fonction définie par une intégrale. Soit la fonction définie sur par :
- Justifier que la fonction est dérivable sur et donner sa dérivée .
- En déduire le sens de variation de sur .
- Démontrer que pour tout , , puis en déduire que .
- Montrer que pour tout :
En déduire que la fonction est majorée sur . Que peut-on en déduire pour sa limite en ?
Corrigé
- La fonction est continue sur . D'après le théorème fondamental de l'analyse, la fonction qui à tout associe l'intégrale de à de la fonction continue est l'unique primitive de cette fonction qui s'annule en 0. est donc dérivable sur et pour tout :
- Puisque pour tout réel , la fonction exponentielle est strictement positive, on a . La fonction est donc strictement croissante sur .
- Pour tout : en multipliant par (qui est positif) : . La fonction exponentielle étant strictement croissante :
- Soit . En utilisant la relation de Chasles pour l'intégrale :
D'après la question précédente, pour , . Par conservation de l'ordre de l'intégrale (avec ) :
Calculons cette dernière intégrale :
On en déduit que pour tout :
De plus, pour tout , , ce qui montre que :
La fonction est donc majorée sur par la constante . Par ailleurs, étant croissante (question 2), on a pour tout . La fonction est donc majorée par sur . Puisque est croissante et majorée sur , d'après le théorème de la limite monotone, la fonction admet une limite finie lorsque .
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