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Mathématiques · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Calcul intégral

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

Soit $f$ une fonction continue sur un intervalle $I$ et $F$ une primitive de $f$ sur $I$. Pour tout $a, b \in I$, l'intégrale de $f$ de $a$ à $b$ est définie par : $$\int_{a}^{b} f(x) dx = [F(x)]_{a}^{b} = F(b) - F(a)$$ Propriétés fondamentales :

  • Linéarité : $\int_{a}^{b} (\alpha f(x) + \beta g(x)) dx = \alpha \int_{a}^{b} f(x) dx + \beta \int_{a}^{b} g(x) dx$
  • Relation de Chasles : $\int_{a}^{b} f(x) dx + \int_{b}^{c} f(x) dx = \int_{a}^{c} f(x) dx$
  • Positivité : Si $f(x) \geq 0$ sur $[a, b]$ avec $a \leq b$, alors $\int_{a}^{b} f(x) dx \geq 0$.
  • Valeur moyenne : $\mu = \frac{1}{b-a} \int_{a}^{b} f(x) dx$.

Méthodes à maîtriser

  1. Calcul direct : Utiliser les primitives usuelles (puissances, $\ln$, $\exp$).
  2. Intégration par parties (IPP) : $\int_{a}^{b} u(x)v'(x) dx = [u(x)v(x)]{a}^{b} - \int{a}^{b} u'(x)v(x) dx$.
  3. Calcul d'aire : L'aire du domaine délimité par $\mathcal{C}f$, l'axe des abscisses et les droites $x=a, x=b$ est $\mathcal{A} = \int{a}^{b} |f(x)| dx$ en unités d'aire (u.a.).

Exemples corrigés

  1. Calculer $I = \int_{1}^{e} \frac{\ln(x)}{x} dx$. On pose $u = \ln(x)$, alors $du = \frac{1}{x} dx$. $I = [\frac{1}{2}(\ln(x))^2]_1^e = \frac{1}{2}(1)^2 - 0 = 0,5$.
  2. Calculer $J = \int_{0}^{1} x e^x dx$ par IPP : $u=x, v'=e^x \implies u'=1, v=e^x$. $J = [xe^x]0^1 - \int{0}^{1} e^x dx = (e - 0) - [e^x]_0^1 = e - (e - 1) = 1$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier l'unité d'aire (u.a.) dans les calculs d'aires.
  • Confondre $\int f(x) dx$ (fonction) et $\int_{a}^{b} f(x) dx$ (nombre réel).
  • Se tromper dans le signe lors de l'intégration par parties.
  • Oublier de vérifier si la fonction est positive avant de calculer l'aire.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Calcul intégral

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La valeur de $\int_{0}^{1} e^{2x} dx$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que l'intégrale peut être négative ?

Oui, tout à fait. L'intégrale représente une "aire algébrique". Si la courbe de la fonction se situe en dessous de l'axe des abscisses sur l'intervalle $[a, b]$, alors l'intégrale sera négative.

  1. Si $f(x) \geq 0$, l'intégrale est positive.
  2. Si $f(x) \leq 0$, l'intégrale est négative.

💡 À retenir : L'intégrale est un nombre, pas forcément une aire géométrique (qui est toujours positive).

Kifach n3ref wach nst3mel l'intégration par parties wla primitive 3adiya ?
  1. Cherche d'abord une primitive usuelle (ex: $x^n, e^x, 1/x$).
  2. Si tu as un produit de deux fonctions de natures différentes (ex: un polynôme avec une exponentielle ou un logarithme), pense à l'IPP.
  3. La règle "ILP" (Inverses, Log, Polynômes, Exponentielles) aide à choisir $u(x)$.

💡 À retenir : L'IPP est ton outil principal quand la primitive n'est pas immédiate.

Est-ce que l'ordre des bornes a et b est important ?

Oui, absolument. La formule est $\int_{a}^{b} f(x) dx = F(b) - F(a)$.

  1. Si tu inverses les bornes, le signe change : $\int_{b}^{a} f(x) dx = - \int_{a}^{b} f(x) dx$.
  2. Assure-toi toujours que la borne inférieure est bien en bas.

💡 À retenir : Inverser les bornes multiplie le résultat par $-1$.

Chno hiya l'unité d'aire (u.a.) et wach darouri nktebha ?

L'unité d'aire est la surface du rectangle défini par les vecteurs de la base orthonormée $(\vec{i}, \vec{j})$.

  1. Si l'énoncé donne $|\vec{i}| = 1$ cm et $|\vec{j}| = 1$ cm, alors 1 u.a. = $1 \text{ cm} \times 1 \text{ cm} = 1 \text{ cm}^2$.
  2. Oui, c'est obligatoire dans les questions de calcul d'aire à l'examen.

💡 À retenir : Ne jamais oublier « u.a. » à la fin d'un calcul d'aire.

Comment calculer l'aire si la fonction change de signe ?

Si $f$ change de signe en $c \in [a, b]$, tu dois découper l'intégrale :

  1. Calcule $\int_{a}^{c} |f(x)| dx$ et $\int_{c}^{b} |f(x)| dx$ séparément.
  2. Sur chaque intervalle, retire la valeur absolue en fonction du signe de $f$.
  3. Additionne les deux résultats.

💡 À retenir : L'aire totale est la somme des aires sur chaque sous-intervalle.

Wach momkin nst3mel l'intégration par parties bzaf d lmerrat f nafs l'exercice ?

Oui, c'est possible. Par exemple, pour $\int x^2 e^x dx$, il faut faire une IPP une première fois pour réduire $x^2$ en $x$, puis une deuxième fois pour éliminer le $x$.

  1. Applique l'IPP.
  2. Vérifie que la nouvelle intégrale obtenue est plus simple.

💡 À retenir : L'IPP est un processus itératif si nécessaire.

Est-ce que la fonction doit être dérivable pour calculer son intégrale ?

Non, la condition suffisante est que la fonction soit continue sur l'intervalle $[a, b]$.

  1. Si elle est continue, elle admet des primitives.
  2. Si elle a des points de discontinuité, on découpe l'intégrale.

💡 À retenir : La continuité est la clé de l'existence de l'intégrale.

Comment choisir u(x) et v'(x) dans l'IPP ?

Utilise la règle mnémotechnique LIPET :

  1. Logarithme (priorité pour $u$).
  2. Inverses trigonométriques.
  3. Polynômes.
  4. Exponentielles.
  5. Trigonométriques. Le premier élément de cette liste que tu rencontres dans ton produit sera ton $u(x)$.

💡 À retenir : Choisis $u(x)$ pour qu'il devienne plus simple après dérivation.

Est-ce que je peux calculer une intégrale sans connaître la primitive ?

Non, au niveau du Bac, tu dois trouver la primitive $F$ pour calculer $\int_a^b f(x) dx$.

  1. Si tu ne trouves pas la primitive, vérifie si tu n'as pas oublié une astuce (IPP, changement de variable, ou forme $u'/u$).
  2. Il n'y a pas de calculatrice pour les intégrales complexes à l'examen.

💡 À retenir : Maîtrise parfaitement ton tableau des primitives usuelles.

C'est quoi la valeur moyenne d'une fonction ?

C'est la valeur "constante" que prendrait la fonction si elle avait la même aire sur l'intervalle.

  1. Formule : $\mu = \frac{1}{b-a} \int_a^b f(x) dx$.
  2. C'est un nombre réel qui représente une moyenne arithmétique continue.

💡 À retenir : La valeur moyenne est toujours comprise entre le minimum et le maximum de $f$ sur $[a, b]$.

Est-ce que l'intégrale d'une somme est la somme des intégrales ?

Oui, c'est la propriété de linéarité.

  1. $\int (f(x) + g(x)) dx = \int f(x) dx + \int g(x) dx$.
  2. Cela fonctionne aussi avec la multiplication par une constante : $\int k \cdot f(x) dx = k \int f(x) dx$.

💡 À retenir : La linéarité permet de découper les calculs complexes en morceaux simples.

Pourquoi on ne met pas la constante C dans l'intégrale définie ?

Parce que la constante $C$ s'annule lors de la soustraction $F(b) - F(a)$.

  1. $(F(b) + C) - (F(a) + C) = F(b) + C - F(a) - C = F(b) - F(a)$.
  2. Donc, on choisit toujours $C=0$ pour simplifier.

💡 À retenir : Dans une intégrale définie, la constante $C$ est inutile.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Calculer l'intégrale suivante : $I = \int_{0}^{1} (3x^2 - 2x + 1) dx$.

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Exercice 2

Calculer $J = \int_{1}^{e} x \ln(x) dx$ en utilisant l'intégration par parties.

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Exercice 3

Soit $f(x) = \frac{e^x}{e^x + 1}$. Calculer l'aire du domaine délimité par $\mathcal{C}_f$, l'axe des abscisses et les droites $x=0$ et $x=\ln(3)$.

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