Calculer les intégrales suivantes.
a. Une primitive de $2x + 1$ est $x^2 + x$.
b. Une primitive de $\mathrm{e}^{2x}$ est $\frac12\mathrm{e}^{2x}$.
c. Une primitive de $\frac1x$ sur $]0\,;+\infty[$ est $\ln x$.
d. Une primitive de $x^2 - 1$ est $\frac{x^3}{3} - x$.
⚠ Ce n'est pas une aire : $x^2 - 1$ est négative sur $]-1\,;1[$ et positive sur $]1\,;2]$. Les deux parties se compensent exactement. L'aire réelle vaut $\displaystyle -\int_{-1}^1 (x^2-1)\,\mathrm{d}x + \int_1^2 (x^2-1)\,\mathrm{d}x = \frac43 + \frac43 = \frac83$ u.a.
On considère $f(x) = -x^2 + 4x$ sur $[0\,;4]$. Le repère est tel que 1 unité sur l'axe des abscisses mesure 1 cm et 1 unité sur l'axe des ordonnées mesure 2 cm.
a. On factorise : $f(x) = x(4 - x)$.
Sur $[0\,;4]$, $x\geqslant 0$ et $4 - x\geqslant 0$, donc $f(x)\geqslant 0$.
b. $f$ étant positive, l'aire est l'intégrale. Une primitive est $-\frac{x^3}{3} + 2x^2$.
c. Une unité d'aire est un rectangle de $1\text{ cm}\times 2\text{ cm} = 2$ cm².
d. On applique $\mu = \frac{1}{b-a}\int_a^b f$.
Le rectangle de base $[0\,;4]$ et de hauteur $\frac83$ a la même aire que le domaine sous la parabole (dont le maximum vaut $f(2) = 4$). ✔ Cohérent : $\mu$ est entre $0$ et $4$.
On considère $f(x) = x^2$ et $g(x) = 2x + 3$.
a. On résout $f(x) = g(x)$, soit $x^2 - 2x - 3 = 0$. $\Delta = 4 + 12 = 16$.
b. On étudie le signe de $g(x) - f(x) = -x^2 + 2x + 3 = -(x+1)(x-3)$.
Ce trinôme (coefficient $-1 < 0$) est positif entre ses racines : sur $[-1\,;3]$, $g\geqslant f$, la droite est au-dessus de la parabole.
c. L'aire est $\int_{-1}^{3}(g - f)$. Une primitive de $-x^2 + 2x + 3$ est $-\frac{x^3}{3} + x^2 + 3x$.
🚨 On intègre toujours « celle du dessus moins celle du dessous », sinon on obtient l'opposé de l'aire.
Après une injection, la concentration d'un médicament dans le sang (en mg/L) est modélisée par $C(t) = 10t\,\mathrm{e}^{-0{,}5t}$, $t$ en heures, $t\in[0\,;6]$.
a. On dérive $F$ comme un produit $uv$ avec $u = -(20t + 40)$, $u' = -20$, $v = \mathrm{e}^{-0{,}5t}$, $v' = -0{,}5\,\mathrm{e}^{-0{,}5t}$.
b. On utilise $F(6) - F(0)$.
c. On divise par la durée $6 - 0 = 6$.
💡 Le pic de concentration est atteint en $t = 2$ ($C'(t) = (10 - 5t)\mathrm{e}^{-0{,}5t}$), où $C(2) = 20\,\mathrm{e}^{-1}\approx 7{,}36$ mg/L : la moyenne est logiquement inférieure au pic.
On souhaite estimer $\displaystyle I = \int_0^1 \mathrm{e}^{-x^2}\,\mathrm{d}x$, dont on ne connaît pas de primitive explicite. On note $f(x) = \mathrm{e}^{-x^2}$.
rectangles(n) renvoyant $S_n$.a. $f'(x) = -2x\,\mathrm{e}^{-x^2}$, négatif sur $[0\,;1]$ : $f$ est décroissante.
b. On calcule les valeurs de $f$ aux bornes des intervalles.
| $x$ | 0 | 0,25 | 0,5 | 0,75 | 1 |
|---|---|---|---|---|---|
| $f(x)$ | 1 | 0,9394 | 0,7788 | 0,5698 | 0,3679 |
$f$ étant décroissante, sur chaque intervalle le rectangle « à gauche » dépasse la courbe et le rectangle « à droite » reste en dessous : $0{,}664\leqslant I\leqslant 0{,}822$.
c. On veut $S_n - s_n\leqslant 0{,}01$, avec $f(0) - f(1) = 1 - \mathrm{e}^{-1}\approx 0{,}632$.
Il faut 64 intervalles. On obtient alors $I\approx 0{,}747$.
d. On somme les $h\times f(x_k)$ pour $x_k = k\,h$, $k$ de $0$ à $n-1$.
from math import exp
def rectangles(n):
h = 1 / n
S = 0
for k in range(n):
S = S + h * exp(-(k*h)**2)
return S
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