Cours de Calcul Intégral en Ligne par les Meilleurs Professeurs - Calcul Intégral

Introduction

Dans cette vidéo d'introduction sur les intégrales, nous allons présenter les définitions et les propriétés de l'intégrale. Tout au long du chapitre, nous allons calculer des R sous des courbes. Dans ce sous-chapitre, nous posons les bases pour les fonctions continues et nous examinons les fonctions positives et négatives. Nous commençons par un exemple simple. Si nous avons une fonction constante avec une hauteur de 2 et une plage de 0 à 3, l'R sous la courbe est égal à 6, ce qui est représenté par un rectangle de largeur 3 et de hauteur 2. Nous pouvons faire la même chose avec une fonction affine de pente 1, qui est représentée par un triangle rectangle isocèle avec une base de 3 et une hauteur de 3. L'R est donc égal à 9 demi (9/2). Vous pourriez vous demander pourquoi consacrer un chapitre à cela. En réalité, nous aurons des fonctions plus complexes et nous utiliserons cette approximation simple du rectangle pour comprendre comment fonctionne l'R sous une fonction plus courbe et complexe. Ainsi, nous pourrons dire que cela équivaut à l'R d'une somme de rectangles, du moins approximativement. Les rectangles auront une largeur (delta x) et une hauteur (f de x) en fonction du point considéré. Pour être plus précis, ce symbole "S" stylisé représente une somme entre a et b. L'R est essentiellement égal à la somme des rectangles lorsque le nombre de rectangles devient infini, c'est-à-dire lorsque la somme atteint une R complète plutôt qu'une approximation. Nous utilisons également la notation "dx" pour représenter une largeur infiniment petite lorsque le nombre de rectangles devient très grand. Dans ce sous-chapitre, nous allons aborder les définitions de l'intégrale pour les fonctions continues positives et les fonctions de signes quelconques. Nous utiliserons des encadrements et des intuitions graphiques pour estimer les intégrales. Les méthodes abordées seront le calcul de l'R et l'estimation de l'intégrale à l'aide de rectangles. Bon courage pour ce chapitre, et je vous retrouve dans la prochaine vidéo. N'hésitez pas à poser vos questions dans la FAQ, et à bientôt !

Définition de l'intégrale

L'intégrale d'une fonction continue et positive sur un intervalle a, b correspond à l'aire sous la courbe de cette fonction entre les valeurs a et b, ainsi que l'axe horizontal. On peut également l'appeler le domaine sous la courbe ou l'aire sous la courbe. L'unité utilisée pour mesurer cette aire est l'unité d'air, qui est un petit carré de taille 1 sur 1 dans un repère orthonormé. On note l'intégrale comme une expression mystérieuse "intégrale entre a et b de f de x, dx". Cette définition peut être étendue aux fonctions négatives en calculant la surface correspondante et en lui attribuant un signe négatif. Dans certains cas, il peut y avoir des parties positives et des parties négatives de la fonction. Il est important de se rappeler que l'intégrale est positive lorsque la fonction est au-dessus de l'axe OX et négative lorsqu'elle est en dessous. N'hésitez pas à poser des questions supplémentaires dans la FAQ.

Encadrement et intuition graphique

Dans cette vidéo, nous abordons différentes méthodes d'approximation de l'aire sous une courbe. Nous commençons par expliquer que lorsque la courbe est une droite, le calcul de l'aire est assez simple, en utilisant des formes géométriques comme des triangles ou des rectangles. Cependant, lorsque la courbe est incurvée, il devient plus compliqué de calculer l'aire. Nous présentons donc les méthodes d'approximation suivantes : les rectangles supérieurs et inférieurs. Ces méthodes consistent à diviser l'intervalle en plusieurs petits intervalles de même amplitude, et à construire des rectangles inférieurs qui collent la courbe par en dessous, ainsi que des rectangles supérieurs qui collent la courbe par en dessus. Lorsque le nombre de rectangles tend vers l'infini et que leur taille diminue, les rectangles inférieurs et supérieurs convergent vers la vraie valeur de l'aire. En plus de ces méthodes, nous mentionnons brièvement d'autres méthodes qui ne sont pas au programme, mais qui illustrent différentes possibilités : la méthode du point milieu et la méthode des trapèzes. La méthode du point milieu consiste à tracer des rectangles qui sont traversés par la courbe au milieu de leur côté supérieur, offrant ainsi une meilleure précision. La méthode des trapèzes permet quant à elle d'utiliser des quadrilatères non-rectangulaires, offrant ainsi plus de liberté pour se rapprocher de la courbe. En conclusion, cette vidéo explicative présente les différentes méthodes d'approximation de l'aire sous une courbe, en mettant notamment l'accent sur les rectangles supérieurs et inférieurs.

Intégrale et Aire

Lors de ce cours, nous apprenons comment calculer une intégrale de manière géométrique sans utiliser la fonction. Cela est possible lorsque la forme géométrique est simple, comme dans notre exemple avec une fonction affine. Nous nous intéressons à l'intégrale de la fonction x plus 2 entre -0,5 et 2. Pour calculer cette intégrale, nous pouvons utiliser deux méthodes : calculer la primitive de x plus 2, ce qui est relativement simple, ou utiliser une forme géométrique connue pour calculer facilement l'erreur. Dans ce cas, la forme géométrique est un trapèze, ce qui facilite le calcul. Pour cela, nous avons besoin de la hauteur, de la largeur et de la longueur des bases du trapèze. Nous trouvons les coordonnées des points a, b, c et d en utilisant les équations de la droite. Les coordonnées de a sont (-0,5, 1,5) et les coordonnées de b sont (2, 4). Les points c et d étant sur l'axe des abscisses, leurs coordonnées sont (2, 0) et (-0,5, 0) respectivement. Nous calculons ensuite les différentes longueurs du trapèze en prenant la différence entre les ordonnées des deux points correspondants. Cela donne 1,5 pour la longueur a-d, 4 pour la longueur b-c et 2,5 pour la longueur d-c. En appliquant la formule de l'aire du trapèze, qui est la moyenne des deux bases multipliée par la hauteur, nous obtenons l'aire du trapèze. Dans notre cas, cela donne 1,5 * (1,5 + 4) * 2,5, soit 6,875. Cette méthode permet de calculer une intégrale en utilisant directement l'aire géométrique du trapèze, sans avoir besoin de calculer les primitives. Il suffit de trouver les coordonnées des points et de calculer les longueurs et l'aire du trapèze. Cela conclut notre méthode de calcul d'une intégrale à l'aide d'une forme géométrique.

Méthode des Rectangles

Dans ce cours, nous apprenons à calculer une aire géométrique à l'aide de la méthode des rectangles. La courbe intégrée n'a pas une forme géométrique simple, donc nous ne pouvons pas calculer l'aire de manière directe. Cependant, nous pouvons encadrer cette aire en utilisant des petits rectangles en dessous de la courbe et des grands rectangles au-dessus. En diminuant la largeur des rectangles, nous affinons notre encadrement et nous tendons vers l'aire recherchée, c'est-à-dire l'intégrale. Nous cherchons donc à encadrer l'aire sous la courbe de la fonction de 0 à 4. La fonction est croissante, donc nous encadrons l'aire en utilisant les rectangles a'0, a'1, a'2 et a'3. Les a'0, a'1, a'2 et a'3 se calculent en multipliant la largeur par la hauteur de chaque rectangle. Par exemple, a'1 est égal à 1 fois 1 (largeur fois hauteur), ce qui donne 1. En utilisant ces calculs, nous obtenons l'encadrement 1 plus racine de 2 plus racine de 3 pour l'aire sous la courbe, et 3 plus racine de 2 plus racine de 3 pour l'encadrement formé par les petits rectangles. Pour augmenter la précision de l'encadrement, nous pouvons utiliser des rectangles de largeur plus petite, comme 1,5, 1,25, etc. En faisant tendre la largeur vers zéro, nous obtenons des rectangles qui collent de plus en plus à la courbe et ainsi un encadrement plus précis. En résumé, la méthode des rectangles permet d'encadrer l'intégrale lorsque nous ne pouvons pas trouver une primitive de la fonction. Il est possible d'améliorer la précision de l'encadrement en utilisant des rectangles de plus en plus petits.

Introduction

Ce cours introduit un nouveau sous-chapitre sur les intégrales et leur lien avec les primitives. Il explique que ce sous-chapitre est assez théorique et demande de la concentration. L'objectif est de trouver des méthodes exactes pour calculer les intégrales, au lieu d'utiliser des approximations. On découvre qu'il existe un lien exact entre le calcul des intégrales et les primitives. Cela permet de calculer les intégrales de manière exacte, ce qui est très intéressant. Ce lien fonctionne dans les deux sens, ce qui permet de calculer les intégrales en utilisant les primitives, mais aussi de trouver des primitives pour des fonctions qui ne sont pas calculables avec des fonctions usuelles. On mentionne également quelques propriétés générales des intégrales, qui sont utiles pour les physiciens et les mathématiciens. Le cours se termine en présentant les points clés du chapitre, notamment le théorème fondamental, la condition suffisante d'existence d'une primitive et des méthodes de calcul des intégrales. L'enseignant encourage les étudiants à poser des questions dans la FAQ et annonce la prochaine vidéo.

Théorème fondamental : énoncé

Le théorème fondamental de l'analyse établit un lien entre la notion de primitive et l'intégrale d'une fonction continue et positive sur un intervalle donné. Selon ce théorème, si f est une telle fonction, alors la fonction F définie comme l'intégrale de f entre les points a et x est dérivable, et sa dérivée est égale à f elle-même. Ainsi, F est une primitive de f. Ce lien peut être visualisé à l'aide d'un graphique représentant une fonction parabole (x²) avec un signe négatif. En calculant l'aire sous la courbe, on constate que celle-ci varie en fonction des valeurs positives et négatives de la fonction. Plus précisément, l'aire augmente lorsque la fonction est négative et diminue lorsqu'elle est positive. Si la fonction est croissante, l'aire augmente rapidement, tandis que si elle est décroissante, l'aire diminue lentement. Lorsque la fonction atteint zéro, l'aire totale est également de zéro. Grâce à cette visualisation, il apparaît que la fonction bleue tracée sur le graphique, qui ressemble à une fonction cubique, présente des caractéristiques similaires à celles de la fonction verte (la fonction dérivée). En effet, la fonction bleue décroît lorsque la fonction verte est négative et croît lorsque la fonction verte est positive. Cela suggère que la fonction bleue peut être une primitive de la fonction verte. Cette visualisation peut être utile pour comprendre le lien entre la primitive d'une fonction et l'aire sous sa courbe. La démonstration formelle de ce lien sera présentée dans une vidéo ultérieure.

Intégrale et Primitive : calcul

Dans cette vidéo, le professeur présente une propriété fondamentale liée au calcul intégral. Il explique que cette propriété diffère du théorème fondamental abordé précédemment. La propriété démontrée ici est la suivante : si f est une fonction continue et positive sur un intervalle [a, b], et F est une primitive quelconque de f sur cet intervalle, alors l'aire sous la courbe de f entre a et b est égale à la différence entre les valeurs de F en b et en a. Le professeur précise que cette propriété utilise uniquement les connaissances acquises dans le chapitre des primitives, sans mentionner la forme spécifique de F sous forme d'intégrale. Il présente également une notation souvent utilisée en mathématiques, où F(b) - F(a) est noté [F(x)]b-a. Ensuite, le professeur explique que cette propriété peut être généralisée pour des fonctions de tout signe, en considérant toujours une primitive quelconque F. La démonstration de cette généralisation est présentée dans la vidéo. Le professeur insiste sur le fait que la démonstration repose sur la connaissance de la primitive G obtenue grâce au théorème fondamental. Il explique qu'il existe un K réel tel que toute primitive F de f s'écrive F(x) = G(x) + K. En utilisant cette expression, le professeur démontre que pour une primitive quelconque F, l'aire sous la courbe de f entre a et b est égale à G(b) - G(a), qui est équivalent à l'intégrale de f entre a et b. Ainsi, la propriété est validée. En conclusion, le professeur souligne l'importance de connaître les primitives et leur forme pour démontrer cette propriété rapidement. Il invite les élèves à poser des questions s'ils en ont, et annonce la prochaine vidéo.

Propriétés 1 : intuitives !

Dans cette vidéo, nous abordons les propriétés basiques et intuitives de l'intégrale. La première propriété concerne la linéarité. Si nous prenons l'aire sous la courbe d'une fonction f, nous pouvons la multiplier par un coefficient lambda pour obtenir l'aire sous la courbe de la fonction lambda*f. Par exemple, si nous prenons l'aire sous la courbe x, puis l'aire sous la courbe 2x, nous aurons deux fois plus d'aire. La deuxième propriété concerne la somme de deux fonctions. Si nous cumulons les aires des fonctions f et g, nous obtiendrons l'aire totale de la fonction f+g. Cela signifie que l'aire totale est égale à l'aire de f plus l'aire de g. En ce qui concerne les bornes, si f est une fonction continue sur un intervalle [a,b], alors l'intégrale de f entre a et a est égale à zéro. Cela est dû au fait que nous prenons l'aire sous la courbe d'un point a à lui-même, ce qui représente un fil sans dimension. Par convention, si nous prenons l'intégrale de f entre b et a, cela sera équivalent à l'inverse de l'intégrale de f entre a et b. Donc, si nous parcourons la fonction de b à a, nous plaçons un signe négatif devant l'intégrale. Enfin, la relation de Schall indique que si nous additionnons l'intégrale de f entre a et c et l'intégrale de f entre c et b, nous obtiendrons l'intégrale de f entre a et b directement. Cela signifie que l'aire totale est égale à l'aire sous la courbe entre a et b, peu importe le point c choisi. Ces propriétés intuitives de l'intégrale sont importantes à comprendre. J'espère qu'elles sont claires pour vous et je vous retrouve bientôt pour d'autres vidéos sur les propriétés de l'intégrale. À tout de suite !

Propriétés 2 : remarques pratiques

Résumé : Ce cours aborde plusieurs propriétés liées aux fonctions. La première propriété explique que si une fonction est nulle, alors son intégrale sur un intervalle donné sera également nulle. Cependant, il faut faire attention car une fonction dont l'intégrale est nulle ne sera pas forcément la fonction nulle. Une fonction peut avoir une intégrale nulle sur un intervalle donné, tout en ayant une valeur différente de zéro ailleurs. Ensuite, une deuxième propriété est présentée : si une fonction est paire, c'est-à-dire que pour tout x, f(-x) = f(x), alors l'intégrale sur un intervalle symétrique centré sur 0 sera égale à deux fois l'intégrale de 0 à A. En revanche, si une fonction est impaire, c'est-à-dire que pour tout x, f(-x) = -f(x), alors l'intégrale sur un intervalle symétrique centré sur 0 sera égale à 0. Enfin, la dernière propriété aborde les fonctions périodiques. Si une fonction est périodique avec une période T, alors l'intégrale sur un intervalle de taille T sera la même que celle sur un intervalle décalé de T. Cela signifie que l'intégrale entre A et A+T sera toujours égale à l'intégrale entre 0 et T. Ces propriétés sont très pratiques pour gagner du temps dans l'étude des fonctions et peuvent éviter des erreurs lors de résolution de problèmes.

Propriétés 3 : inégalités

Dans cette courte vidéo, nous abordons les propriétés de l'intégrale liées aux inégalités. Si pour tout x appartenant à l'intervalle entre a et b, la fonction f(x) est toujours supérieure à la fonction g(x), alors les intégrales correspondantes seront également ordonnées de la même manière. En d'autres termes, l'intégrale de f sera plus grande que celle de g. Ce résultat peut être visualisé avec un dessin. Si f et g sont représentées graphiquement, l'aire sous la courbe de f sera beaucoup plus grande que celle de g. En particulier, si nous considérons le cas où g est la fonction nulle (c'est-à-dire que g(x) = 0 pour tout x), alors l'intégrale de f sera toujours positive. Cela peut sembler intuitif, mais il est important de connaître cette propriété. Une autre situation intéressante est lorsque f est inférieure à une fonction constante M. Dans ce cas, M est un majorant de f, ce qui signifie que f est bornée supérieurement. Dans ce contexte, l'intégrale de f entre a et b sera plus petite que l'intégrale de M entre a et b. L'intégrale de M est simplement l'aire d'un rectangle avec une base de longueur b-a (valeur absolue) et une hauteur M. De manière similaire, si f est supérieure à une constante M (c'est-à-dire que f(x) > M pour tout x), alors l'intégrale de f sera plus grande que l'aire du rectangle en dessous, c'est-à-dire M multiplié par la longueur de l'intervalle (b-a en valeur absolue). Ces propriétés sont simples mais importantes à connaître. N'hésitez pas à consulter la FAQ si vous avez des questions supplémentaires. Je vous retrouverai dans la prochaine vidéo.