Marianopolis · Sciences de la nature · 201-SN3-RE

Tutorat en calcul intégral 201-SN3-RE

Demandez de l’aide individuelle sur les méthodes d’intégration et leurs applications pour 201-SN3-RE en Sciences de la nature à Marianopolis. Suivez le court exemple de substitution ci-dessous ou apportez une question, même si vous ne savez pas par où commencer.

Votre cours de calcul intégral en Sciences de la nature à Marianopolis

201-SN3-RE porte sur les méthodes d’intégration et leurs applications et comprend aussi une introduction aux séries et aux séries de puissances. L’exemple ci-dessous montre comment garder une intégrale définie cohérente lors d’un changement de variable.

Notions du cours

  • Intégrales définies et indéfinies; théorème fondamental du calcul
  • Techniques d’intégration
  • Formes indéterminées et intégrales impropres
  • Applications aux aires, aux volumes et aux équations différentielles
  • Introduction aux séries et aux séries de puissances

Votre parcours de révision pour 201-SN3-RE

Choisissez seulement les notions annoncées pour votre évaluation. Le descriptif du cours confirme la matière, mais pas la date ni les chapitres de l’examen de votre section.

  1. Choisir les notions. Choisir une méthode d’intégration avant de calculer
  2. Suivre un exemple résolu. Comparer les identités et la substitution trigonométriques
  3. Essayer sans solution. Choisir les exercices mixtes existants selon les chapitres annoncés
  4. Faire débloquer une étape. Demander du tutorat pour 201-SN3-RE Indiquez le chapitre, la date de l’évaluation et la question; une tentative est utile, mais non obligatoire. Les séances sont actuellement en anglais.

Source officielle sur le cours Votre plan de section et les annonces de votre enseignant priment. Ces parcours et exercices sont ceux de Nablio, pas des examens officiels.

Avant d’essayer l’exemple

Révisez la règle de la chaîne, la règle des puissances pour les primitives et l’évaluation d’une fonction à une borne. Pour l’exercice « À vous », rappelez-vous que la dérivée du logarithme naturel est 1/u1/u lorsque uu est positif.

Deux étapes à vérifier

  • Remplacer toute l’expression à intégrer et la différentielle lors d’une substitution
  • Utiliser des bornes qui correspondent à la variable d’intégration

Choisir l’étape à vérifier

Utilisez le plan actuel de votre section pour choisir les notions à travailler en vue d’une évaluation.

Calcul intégral : choisir la méthode avant de calculer

Essayez une intégration par parties, une aire entre deux courbes et une intégrale impropre. Justifiez chaque mise en équation avant le calcul.

Ajoutez les séries si elles figurent dans votre liste de révision.

Avant de commencer : Prévoyez 20 minutes pour les trois questions, puis 10 minutes pour vérifier vos choix de méthode.

1. Une intégrale définie par parties

Calculez ∫01xe2x dx\displaystyle\int_0^1 xe^{2x}\,dx. Précisez vos choix pour l’intégration par parties.

Voir la solution expliquée
  1. Choisissez u=xu=x et dv=e2xdxdv=e^{2x}dx. Alors du=dxdu=dx et v=e2x/2v=e^{2x}/2. Dériver le polynôme le simplifie.
  2. Une primitive est F(x)=xe2x2−e2x4.F(x)=\frac{xe^{2x}}2-\frac{e^{2x}}4. Le facteur 1/21/2 est nécessaire lors de l’intégration de e2xe^{2x}.
  3. On obtient F(1)=e2/4F(1)=e^2/4 et F(0)=−1/4F(0)=-1/4. L’intégrale vaut donc (e2+1)/4(e^2+1)/4. La dérivée de FF redonne xe2xxe^{2x}, ce qui vérifie la primitive.

Choisir des parties qui simplifient l’intégrale restante

2. Respecter l’ordre pour calculer une aire

Trouvez l’aire délimitée par y=2xy=2x et y=x2y=x^2. Expliquez quelle fonction est au-dessus entre les intersections.

Voir la solution expliquée
  1. L’équation 2x=x22x=x^2 donne les intersections x=0x=0 et x=2x=2. Pour 0<x<20<x<2, 2x−x2=x(2−x)>02x-x^2=x(2-x)>0 : la droite est au-dessus de la parabole.
  2. L’aire s’écrit A=∫02(2x−x2) dx.A=\int_0^2(2x-x^2)\,dx. Une primitive est x2−x3/3x^2-x^3/3.
  3. On trouve A=4−8/3=4/3A=4-8/3=4/3 unités carrées. Inverser la soustraction donne une intégrale algébrique négative, et non l’aire géométrique.

Travailler les intersections, l’ordre des courbes et l’aire

3. Donner un sens à la borne infinie

Déterminez si ∫1∞x−3 dx\displaystyle\int_1^\infty x^{-3}\,dx converge et calculez sa valeur si elle existe. Écrivez explicitement la limite.

Voir la solution expliquée
  1. Remplacez la borne infinie par un nombre fini b>1b>1 : ∫1bx−3 dx=12−12b2.\int_1^b x^{-3}\,dx=\frac12-\frac{1}{2b^2}.
  2. Par définition, ∫1∞x−3 dx=lim⁡b→∞∫1bx−3 dx=lim⁡b→∞(12−12b2)=12.\begin{gathered}\int_1^\infty x^{-3}\,dx\\=\lim_{b\to\infty}\int_1^b x^{-3}\,dx\\=\lim_{b\to\infty}\left(\frac12-\frac{1}{2b^2}\right)\\=\frac12.\end{gathered} Comme 1/(2b2)→01/(2b^2)\to0, cette limite existe et est finie : l’intégrale impropre converge.
  3. L’aire située au-delà de bb vaut 1/(2b2)1/(2b^2). L’intervalle est non borné, mais cette aire restante tend vers zéro. L’infini n’est pas un nombre à remplacer dans une primitive.

Revoir les limites des intégrales impropres

Construire votre révision à partir de vos réponses
  1. Écrire d’abord l’indice décisif

    Pour chaque intégrale assignée, nommez ce qui suggère une substitution, une intégration par parties ou une autre méthode. Expliquez pourquoi intégrer séparément les facteurs serait incorrect.

  2. Faire un croquis avant de choisir les bornes

    Marquez les intersections et la courbe supérieure avant d’écrire une intégrale d’aire. Vérifiez de nouveau l’ordre si les courbes se croisent dans l’intervalle.

  3. Terminer par une autre vérification

    Dérivez une primitive proposée et vérifiez qu’une aire géométrique est positive ou nulle. Pour une intégrale impropre, écrivez la ou les limites qui la définissent et vérifiez que chacune existe et est finie. Sinon, concluez que l’intégrale diverge. Ajoutez les séries si elles font partie de votre révision actuelle.

Envoyez 201-SN3-RE, votre liste de sujets et une intégrale à travailler, même si vous ne l’avez pas commencée. Votre tuteur peut vous aider à choisir une méthode, à effectuer le calcul ou à interpréter le résultat. Si vous avez déjà essayé, vous pouvez revoir votre démarche ensemble.

Demander de l’aide pour réviser 201-SN3-RE

Exercices originaux de Nablio, et non un examen officiel. Les séances de tutorat sont actuellement offertes en anglais.

Sources pour les sujets du cours

Exemple résolu : changer la variable et les bornes

Calculez ∫016x1+3x2 dx\int_0^1 6x\sqrt{1+3x^2}\,dx par substitution. Écrivez l’intégrale dans la nouvelle variable avant de calculer.

Voir un indice

Dérivez l’expression sous la racine carrée. Quel facteur de l’intégrale correspond à cette dérivée?

Voir le raisonnement
  1. 1. Choisir la nouvelle variable

    Posons u=1+3x2u=1+3x^2. Sa dérivée est du/dx=6xdu/dx=6x, donc du=6x dxdu=6x\,dx. On remplace ainsi l’argument de la racine carrée et le facteur restant 6x dx6x\,dx.

  2. 2. Changer les deux bornes

    Les anciennes bornes correspondent à x. Lorsque x=0x=0, la nouvelle variable vaut u=1u=1; lorsque x=1x=1, elle vaut u=4u=4. Ainsi, ∫016x1+3x2 dx=∫14u du.\begin{gathered}\int_0^1 6x\sqrt{1+3x^2}\,dx\\=\int_1^4\sqrt{u}\,du.\end{gathered} Tout le membre de droite est maintenant exprimé en u.

  3. 3. Intégrer et évaluer

    La règle des puissances donne la primitive 23u3/2\frac23u^{3/2}. Évaluez-la à la borne supérieure, puis soustrayez sa valeur à la borne inférieure : ∫14u1/2 du=23(43/2−13/2)=23(8−1)=143.\begin{gathered}\int_1^4 u^{1/2}\,du\\=\frac23(4^{3/2}-1^{3/2})\\=\frac23(8-1)=\frac{14}{3}.\end{gathered}

  4. 4. Vérifier dans la variable initiale

    Une primitive en x est F(x)=23(1+3x2)3/2F(x)=\frac23(1+3x^2)^{3/2}. En appliquant la règle de la chaîne, on obtient F′(x)=23⋅32⋅6x⋅(1+3x2)1/2=6x1+3x2.\begin{aligned}F^{\prime}(x)&=\frac23\cdot\frac32\cdot6x\\&\quad{}\cdot(1+3x^2)^{1/2}\\&=6x\sqrt{1+3x^2}.\end{aligned} Puis F(1)−F(0)=14/3F(1)-F(0)=14/3, soit le même résultat. Revenir à x permet d’utiliser les bornes initiales en x.

À vous : repérer les bornes incorrectes

Un étudiant pose u=3+4x2u=3+4x^2, donc du=8x dxdu=8x\,dx, et écrit ∫018x3+4x2 dx=∫011u du.\begin{gathered}\int_0^1\frac{8x}{3+4x^2}\,dx\\=\int_0^1\frac1u\,du.\end{gathered} Corrigez l’intégrale de droite et calculez-la. Le dénominateur de l’expression initiale peut-il s’annuler sur [0,1][0,1]? Ici, ln⁡\ln désigne le logarithme naturel.

Vérifier votre raisonnement
  1. 1. Traduire les bornes

    La substitution convient, mais les bornes sont restées en x. Lorsque x=0x=0, u=3u=3; lorsque x=1x=1, u=7u=7. L’intégrale corrigée est ∫371u du\int_3^7\frac1u\,du.

  2. 2. Évaluer sur le bon intervalle

    Puisque u est positif de 3 à 7, une primitive est ln⁡u\ln u. Le résultat est ln⁡7−ln⁡3=ln⁡(7/3)\ln7-\ln3=\ln(7/3).

  3. 3. Vérifier le problème apparent en zéro

    Le dénominateur initial vérifie 3+4x2≥33+4x^2\ge3 et ne s’annule donc jamais. La fonction à intégrer est continue sur [0,1][0,1]. La borne inférieure incorrecte u=0u=0 rend 1/u1/u indéfini en ce point. Cette division par zéro vient de la mauvaise borne et n’existe pas dans le problème initial.

Si le choix de u vous a posé problème, reprenez la substitution dans la leçon sur les méthodes d’intégration. Si seules les bornes étaient incorrectes, écrivez la nouvelle valeur à côté de chaque ancienne borne avant d’intégrer.

Reprendre l’étape difficile avec un tuteur

Votre tuteur peut vous aider à choisir une substitution, à écrire chaque remplacement et à expliquer les nouvelles bornes. Si vous avez déjà commencé, vous pouvez vérifier ensemble le calcul. Comparez ensuite l’intégrale à une autre d’apparence semblable pour décider si la même méthode convient.

Pour les applications, votre tuteur peut vous aider à tracer la région et à choisir les bornes avant d’intégrer. Pour les intégrales impropres ou les séries, votre tuteur peut vous aider à poser la limite ou la question de convergence et à justifier la méthode choisie. Apportez un exercice à commencer ensemble ou une résolution à revoir.

Organiser votre révision

Suivez la liste de sujets et les consignes de votre section. Choisissez une méthode avant de calculer, puis vérifiez les bornes et dérivez votre primitive lorsque c’est possible. Refaites un exercice manqué sans consulter la solution et expliquez l’étape que vous avez corrigée.

Description du cours

Avant de demander une séance

Que dois-je envoyer pour une séance de révision?

Suivez les consignes d’évaluation de votre section pour choisir les notions à réviser. Envoyez votre sujet et vos disponibilités. Vous pouvez joindre une question que vous avez le droit de partager, ce que vous avez commencé et le code ou le plan de cours si cela peut aider.

Les séances sont-elles offertes en français?

Ce guide est disponible en français et en anglais. Les séances de tutorat sont actuellement en anglais, en ligne sur Zoom ou Google Meet.

Nablio fait-il partie de Marianopolis?

Nablio offre un service de tutorat indépendant, sans affiliation ni approbation du Collège Marianopolis.

Demander de l’aide pour votre question

Envoyez votre sujet et vos disponibilités. Vous pouvez joindre une question ou ce que vous avez commencé. Ajoutez le code ou le plan de cours si cela peut aider. Nous confirmerons si nous pouvons vous aider, les détails de la séance et le prix avant le paiement.

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