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Lien avec les Primitives

Dans cette vidéo, on présente une propriété fondamentale du chapitre de calcul intégral. Cette propriété permet de calculer une intégrale à l'aide d'une primitive, c'est-à-dire une fonction dont la dérivée est la fonction à intégrer. Cette propriété est distincte du théorème fondamental, qui garantit l'existence d'une primitive sous forme d'un calcul intégral. Pour démontrer cette propriété, on utilise le théorème fondamental et on distingue deux cas : si la primitive est celle du théorème fondamental, alors la propriété est prouvée facilement ; sinon, on utilise le fait que toutes les primitives d'une fonction sont de la forme de la primitive connue plus une constante, afin de prouver la propriété. On peut ainsi calculer l'aire sous la courbe d'une fonction continue pour n'importe quel intervalle.

Bienvenue dans cette vidéo où je vais vous présenter la démonstration d'une des propriétés fondamentales du chapitre. Alors, ici, la propriété doit vraiment être distinguée du théorème fondamental qu'on a vu dans une précédente vidéo. Je sais que des fois les élèves confondent un peu les deux et se demandent quelle peut être la différence. En fait, ils ne disent pas exactement la même chose. Il faut être très précis dans ce que chacun des théorèmes ou des propriétés apporte. Ici, on vous dit qu'on peut calculer une intégrale grâce à une primitive. C'est excellent. Le théorème fondamental vous disait qu'on avait l'existence d'une primitive sous forme d'un calcul intégral. C'était un petit peu différent. Donc, on va s'inspirer, bien sûr, enfin on va céder du théorème fondamental pour démontrer cette propriété. On nous dit soit f une fonction continue et positive pour un intervalle a, b, soit F une primitive quelconque de f sur a, b. On ne nous dit pas du tout la forme de F. On n'exprime pas le fait que F s'écrive sous une intégrale ou pas. Non, non, là on n'utilise que le chapitre sur les primitives. On dit soit F une primitive de f. On sait que f est continue et elle a donc des primitives. Très bien. On peut calculer l'air entre a et b de la fonction f. Elle vaut la valeur de la primitive en b moins la valeur de la primitive en a. Donc voilà, si on le dit bien comme ça, ça n'a rien à voir encore avec le théorème fondamental. Je prends F une primitive quelconque et je ne me préoccupe pas pour l'instant de sa forme. Je ne suis pas en train d'annoncer un résultat sur la forme de la primitive. J'ai pour une primitive, l'air entre a et b vaudra F de b moins F de a. Avec un petit commentaire ensuite sur la notation. On écrit souvent ça en mathématiques sur ce genre de chapitre. F de x entre b et a avec des crochets, ça vaut... C'est une autre manière plus compacte d'écrire F de b moins F de a. Définition généralisée, c'est juste un petit point où c'est exactement la même chose qu'au-dessus sauf qu'on ne se restreint plus à des fonctions positives. On a la même chose, soit une fonction continue sur l'intervalle a, b, c'est tout. Donc quel que soit son signe. F une primitive quelconque de cette petite fonction. L'intégrale de f entre a et b, blablabla, c'est la même chose. Ce qu'on vous dit, c'est que ce qu'on va démontrer ici, en fait il y aura une définition généralisée pour tout signe de fonction. Je vais maintenant vous montrer la démonstration de cette propriété. Alors je vais revoir ça tout de suite. Alors, on souhaite montrer que pour toute primitive F, et encore une fois j'insiste assez lourdement, pas uniquement, pas que celle qui est la forme intégrale entre a et x de F de u du qu'on a vu dans le théorème fondamental, pour toute primitive F, on veut montrer qu'on peut écrire que l'intégrale entre a et b de f est égale à F de b quelle que soit cette primitive, donc moins F de a. Bon, on va faire deux différents cas. L'idée de la démonstration c'est toujours de se rapporter justement à la fameuse primitive qu'on connaît depuis le théorème fondamental. Donc cette primitive intégrale entre a et x de F de u du, que je n'ai pas appelé F spécialement, c'est une fonction intégrale entre a et x de F de u du, dans le théorème fondamental on sait que c'est une primitive, mais il n'y a pas de raison que F soit celle-ci. Donc premier cas, imaginons qu'on ait tombé sur celle-là, que la primitive dont on parle soit exactement celle du théorème fondamental. Donc c'est le premier cas. Alors je vais encore décaler encore une fois ma fiche pour que vous puissiez voir quelque chose. On a dit donc deux cas. Premier cas, si F est justement la fonction dont on parle dans le théorème fondamental. Imaginons qu'on ait tombé dessus. Je le fais en premier cas comme ça on n'en parle plus. Si F est justement celle-ci. On se fait plaisir, on dit très bien l'intégrale entre a et b de a f d t, c'est égal exactement quand je regarde les deux expressions, donc ici et ici, c'est égal en fait à F de b. Bah oui, parce qu'il suffit de mettre le b là-haut et c'est bon. Et je peux dire que c'est égal à F de b moins F de a, pourquoi? Parce que F de a, avec cette expression ici, c'est l'intégrale entre a et a, ça vaut zéro. Donc voir la vidéo sur les propriétés qui l'explique, mais en fait c'est tout bête, c'est encore une fois, si je prends un rectangle de largeur entre a et x, bon pourquoi pas, entre a et a, c'est une largeur qui vaut zéro, donc forcément l'air est nul. C'est un peu l'idée derrière ça. Je peux écrire que dans le cas où F est justement exactement cette primitive là, bah oui, j'ai bien la propriété que l'intégrale entre a et b vaut F de b moins F de a. Très bien. Cas suivant. Si F est quelconque? Je vais appeler G, celle qu'on connaît, celle dont on parle depuis tout à l'heure qui est donc celle du terminum fondamental, soit G, je donne un petit nom, tel que G soit l'intégrale entre a et x de f de t de t. En fait on va l'utiliser à fond, toute la démonstration se repose sur elle. On a G de a égal zéro. D'après le cours sur les primitives, ça on a vu, c'est un théorème très très important des primitives, il n'y a pas de primitive, quand on a une primitive, en gros il n'y en a pas d'autres qui sont d'une forme autre que la primitive qu'on connaît, plus ou moins une constante. C'est à dire qu'une fois qu'on a trouvé une primitive, toutes les autres primitives, l'infinité des primitives qui va exister, je vais vous faire un rappel sur ce chapitre là, l'infinité des primitives qui vont exister vont être juste une translation d'une constante par rapport à une que vous connaîtrez d'avance. Donc ici moi je connais G d'avance, je sais d'après le cours des primitives que toute primitive F va s'écrire F de x égale G de x plus K. Donc si ma f est quelconque, je sais qu'il va exister un K appartenant à R, donc je l'ai écrit mathématiquement, le E à l'envers ça veut dire il existe, il existe K appartenant à R tel que, pour toute x, mon F de x va être égal à G de x plus K. Ça va être la même que G de x à une constante près. Et donc là vous voyez que F de b moins F de a, tout bêtement c'est G de b plus K moins G de a plus K, encore une fois ça fait G de b plus G de a. Je vais encore décaler ma petite feuille là. Et donc, G de b moins G de a, or G de a pour la même raison qu'auparavant ici, bah en fait c'est égal exactement à 0, et donc je trouve que G de b moins G de a, ça fait G de b, et G de b c'est l'intégral entre a et b de F. La propriété est donc démontrée. Donc j'ai bien insisté pour vous voyer la nuance entre les deux théorèmes, mais bien sûr, pour démontrer cette propriété on va utiliser à fond le fait qu'on sache qu'il existe une primitive, et qu'on connaisse sa forme. Donc soit on parle d'elle-même, on parle de cette primitive là, et donc on a la propriété en deux minutes, en deux secondes, soit on ne l'a pas, mais on connaît notre chapitre sur les primitives, et on sait qu'on sera au pire à une constante de cette primitive qu'on connaît grâce aux théorèmes fondamentaux. J'espère que ça a été clair comme démonstration. Si vous avez des questions, n'hésitez pas, toujours la FAQ est là. Et je vous dis à la prochaine pour une prochaine vidéo.

Intégrale et Primitive : calcul

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