McGill University · MATH 141

Tutorat MATH 141 · McGill : Calcul 2

Travaillez les méthodes d’intégration, leurs applications et l’introduction aux séries de MATH 141 à McGill avec un tuteur en ligne. Vous pouvez partir d’une intégrale que vous ne savez pas encore aborder. Votre tuteur peut vous aider à choisir une méthode, vérifier une primitive en la dérivant et expliquer les bornes à l’aide d’un croquis.

Cours répertorié

Aperçu du cours

MATH 141 à McGill porte sur les intégrales définies, les techniques d’intégration et leurs applications, ainsi qu’une introduction aux suites et aux séries.

Approfondir une étape du raisonnement

Choisissez un atelier lorsque cette notion figure dans la matière annoncée par votre enseignant. Ces exercices originaux ne reproduisent pas un examen et ne couvrent pas tout le cours.

Si ces techniques figurent dans les chapitres annoncés : comparer les identités et la substitution trigonométriques dans l’atelier commun. Choisissez ensuite une question du cours et vérifiez votre primitive par dérivation.

Notions à travailler pour MATH 141

Intégrales définiesThéorème fondamental du calculTechniques d’intégrationApplications de l’intégrationSuitesIntroduction aux séries

Difficultés fréquentes

  • Reconnaître la structure d’une substitution ou d’une intégration par parties
  • Interpréter bornes, signes et arguments de convergence

MATH 141 : choisir la méthode et construire l’intégrale

Choisissez une méthode pour une intégrale définie, puis construisez une intégrale d’aire entre deux courbes. Justifiez la méthode et les bornes avant de calculer.

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

Avant de commencer : Prévoyez 20 minutes pour les deux questions, puis 10 minutes pour vérifier vos calculs et expliquer vos choix à voix haute.

1. Choisir l’intégration par parties quand la substitution ne simplifie pas le produit

Calculez I=∫0ln⁡2xex dxI=\int_0^{\ln2}xe^x\,dx. Justifiez la méthode et donnez une réponse exacte.

Voir la solution expliquée
  1. L’intégration par parties réduit le polynôme : choisissez u=xu=x et dv=ex dxdv=e^x\,dx, donc du=dxdu=dx et v=exv=e^x.
  2. I=[xex]0ln⁡2−∫0ln⁡2ex dx.I=[xe^x]_0^{\ln2}-\int_0^{\ln2}e^x\,dx. Le terme aux bornes vaut 2ln⁡22\ln2, et l’intégrale restante vaut 2−1=12-1=1. Ainsi, I=2ln⁡2−1I=2\ln2-1.
  3. La primitive (x−1)ex(x-1)e^x a pour dérivée xexxe^x. De plus, I≈0,3863>0I\approx0{,}3863>0, conformément à l’intégrande positif ou nul et aux bornes croissantes.
  4. Prendre simplement l’exposant comme nouvelle variable ne fait ici que renommer la variable. L’étape utile consiste à réduire le facteur polynomial par dérivation.

Comparer substitution et intégration par parties

2. Déduire les bornes et le signe des courbes

Trouvez l’aire délimitée par y=3x−x2y=3x-x^2 et y=xy=x. Les coordonnées sont sans unité. Écrivez l’intégrale avant de la calculer.

Voir la solution expliquée
  1. Les intersections vérifient 3x−x2=x3x-x^2=x, donc x(2−x)=0x(2-x)=0, ce qui donne x=0,2x=0,2.
  2. Entre ces valeurs, (3x−x2)−x=x(2−x)≥0(3x-x^2)-x=x(2-x)\ge0; la parabole est au-dessus de la droite. Ainsi, A=∫02(2x−x2) dx.A=\int_0^2(2x-x^2)\,dx.
  3. A=[x2−x33]02=43.A=\left[x^2-\frac{x^3}{3}\right]_0^2=\frac43. Il s’agit d’une aire positive en unités de coordonnées au carré.
  4. Inverser les fonctions du haut et du bas donne une intégrale négative. Choisir des bornes arbitraires ne décrit plus la région délimitée.

Travailler la mise en équation des applications

Construire votre révision à partir de vos réponses
  1. Si la question 1 vous a bloqué

    Comparez la substitution et l’intégration par parties dans la leçon sur les méthodes d’intégration. Reprenez ensuite l’exemple de cette page qui combine les deux méthodes, en gardant les bornes transformées à côté de la nouvelle variable.

  2. Si le signe ou les bornes de la question 2 étaient incorrects

    Esquissez les deux courbes et marquez chaque intersection. Testez une entrée entre deux intersections successives avant de choisir la fonction supérieure.

  3. Si les séries figurent au plan actuel

    Utilisez les exercices de suites et séries de cette page après les intégrales. Distinguez la limite d’une suite de la somme d’une série et écrivez les hypothèses de votre argument de convergence.

Apportez l’intégrale que vous ne pouviez pas construire ou la ligne où la méthode ne vous aidait plus. Une séance ciblée permet de comparer deux premiers choix, puis de résoudre un nouveau problème sans la solution précédente.

Demander de l’aide pour réviser MATH 141

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

Sources pour les sujets du cours

Se préparer à ce cours

Révisez les règles de dérivation, les primitives élémentaires et l’algèbre. Distinguez une accumulation signée d’une aire géométrique avant de choisir les bornes d’intégration.

Conditions d’inscription

Les conseils ci-dessus concernent la préparation aux études, pas l’admissibilité. Vérifiez les préalables, restrictions et disponibilités actuels auprès de votre établissement : McGill University.

Consulter le catalogue officiel

Un problème pour s’exercer

Soit xx la variable d’intégration. Calculez ∫023x2 dx\int_0^2 3x^2\,dx.

Voir le raisonnement

Une primitive est F(x)=x3F(x)=x^3, puisque F′(x)=3x2F^\prime(x)=3x^2. Le théorème fondamental du calcul donne la valeur à la borne supérieure moins celle à la borne inférieure : F(2)−F(0)=23−03=8F(2)-F(0)=2^3-0^3=8. Une constante d’intégration s’annulerait dans cette différence.

Une intégrale définie qui demande deux décisions

Une substitution utile peut simplifier une intégrale sans la terminer. Cet exercice combine deux méthodes tout en conservant des bornes cohérentes.

1. Repérer la fonction intérieure et sa dérivée

Notons xx la variable réelle d’intégration et II la valeur de l’intégrale définie ci-dessous. Le symbole ln⁡\ln désigne le logarithme naturel. Calculez I=∫01xln⁡(1+x2) dx.I=\int_0^1 x\ln(1+x^2)\,dx. La dérivée de 1+x21+x^2 est 2x2x; le facteur extérieur x dxx\,dx représente donc la moitié de la différentielle recherchée. Le changement u=1+x2u=1+x^2 est un bon point de départ.

2. Transformer la différentielle et les deux bornes

Puisque du=2x dxdu=2x\,dx, on obtient x dx=12dux\,dx=\tfrac12du. La borne x=0x=0 devient u=1u=1, et x=1x=1 devient u=2u=2. Ainsi, I=12∫12ln⁡u du.I=\frac12\int_1^2\ln u\,du. Toutes les parties utilisent maintenant la même variable.

3. Intégrer par parties l’intégrale simplifiée

Écrivez ln⁡u\ln u sous la forme ln⁡u⋅1\ln u\cdot1. En dérivant le logarithme et en intégrant 11, on trouve ∫ln⁡u du=uln⁡u−∫u1u du=uln⁡u−u+C.\begin{gathered}\int\ln u\,du\\=u\ln u-\int u\frac1u\,du\\=u\ln u-u+C.\end{gathered} Le produit restant se simplifie en 11. La méthode applique à l’envers la règle de dérivation d’un produit. Ici, CC est une constante d’intégration arbitraire. Elle s’annule dans la différence des valeurs de la primitive aux bornes.

4. Calculer et vérifier l’ordre de grandeur

Avec les nouvelles bornes, I=12[(2ln⁡2−2)−(1ln⁡1−1)]=ln⁡2−12≈0,1931.\begin{gathered}I\\=\frac12[(2\ln2-2)-(1\ln1-1)]\\=\ln2-\frac12\\\approx0{,}1931.\end{gathered} Pour vérifier l’ordre de grandeur, 0≤x≤10\le x\le1 donne 1≤1+x2≤21\le1+x^2\le2. Le logarithme étant croissant, 0≤ln⁡(1+x2)≤ln⁡20\le\ln(1+x^2)\le\ln2. En multipliant par xx, qui est positif ou nul, puis en intégrant, on obtient 0≤I≤∫01xln⁡2 dx=ln⁡22≈0,3466.\begin{gathered}0\le I\le\int_0^1x\ln2\,dx\\=\frac{\ln2}{2}\\\approx0{,}3466.\end{gathered} Notre résultat appartient à cet intervalle. Pour vérifier séparément la primitive, dériver 12[(1+x2)ln⁡(1+x2)−(1+x2)]\tfrac12[(1+x^2)\ln(1+x^2)-(1+x^2)] redonne xln⁡(1+x2)x\ln(1+x^2).

À vous de jouer

Appliquez le même raisonnement à J=∫01xln⁡(1+2x2) dx.J=\int_0^1x\ln(1+2x^2)\,dx. Précisez la nouvelle différentielle et les bornes avant d’intégrer.

Voir la solution expliquée

Avec u=1+2x2u=1+2x^2, du=4x dxdu=4x\,dx et les bornes 1,31,3, J=14∫13ln⁡u du=3ln⁡3−24≈0,3240.\begin{gathered}J=\frac14\int_1^3\ln u\,du\\=\frac{3\ln3-2}{4}\\\approx0{,}3240.\end{gathered} Le nouveau facteur et la nouvelle borne supérieure comptent tous les deux.

Avant chaque calcul, justifiez le prochain choix. Si une substitution laisse une nouvelle intégrale, examinez sa structure plutôt que de forcer à nouveau la première méthode.

Exercice original

Le terme d’une suite et la somme d’une série répondent à deux questions différentes

Soit an=3(1/2)n−1a_n=3(1/2)^{n-1}, pour les entiers n≥1n\ge1. Trouvez la limite de la suite (an)(a_n), puis la somme de la série ∑n=1∞an\sum_{n=1}^{\infty}a_n. Il s’agit de deux questions différentes.

Voir le raisonnement

Les termes commencent par 3,  3/2,  3/4,  3/8,…3,\;3/2,\;3/4,\;3/8,\ldots. Chacun vaut la moitié du précédent, donc an→0a_n\to0.

Pour étudier la série, définissons sa somme partielle de NN termes :SN=3+32+⋯+32N−1.\begin{aligned}S_N&=3+\frac32+\cdots\\&\quad+\frac3{2^{N-1}}.\end{aligned}En soustrayant la moitié de cette somme, les termes intermédiaires s’annulent :SN−12SN=3−32N.S_N-\frac12S_N=3-\frac3{2^N}.Ainsi, SN=6(1−2−N)S_N=6(1-2^{-N}). Puisque 2−N→02^{-N}\to0, les sommes partielles tendent vers 6. La suite tend vers zéro, tandis que la série a pour somme six.

Après quatre termes, S4=45/8=5,625S_4=45/8=5{,}625. La somme des termes restants vaut 6−S4=3/8=0,3756-S_4=3/8=0{,}375.

Erreur à éviter : Le fait que le terme général tende vers zéro ne prouve pas, à lui seul, la convergence d’une série. Ici, la convergence découle de la formule des sommes partielles.

À vous de jouer

Pour bn=2(1/3)n−1b_n=2(1/3)^{n-1}, trouvez la limite des termes et la somme de la série.

Vérifier votre raisonnement

La limite des termes vaut 00; la somme vaut 2/(1−1/3)=32/(1-1/3)=3, car la valeur absolue de la raison géométrique est inférieure à un.

Pourquoi des termes qui tendent vers zéro ne suffisent pas

La série harmonique est ∑n=1∞1/n\sum_{n=1}^{\infty}1/n. Ses termes tendent vers zéro. La série converge-t-elle?

Voir pourquoi la série diverge

Non. Posons HN=∑n=1N1/nH_N=\sum_{n=1}^{N}1/n. Pour que la série converge, ces sommes partielles devraient tendre vers un nombre fini. Regroupons les termes après le premier en blocs : 1/21/2, puis 1/3+1/41/3+1/4, puis 1/5+⋯+1/81/5+\cdots+1/8, et ainsi de suite.

Pour tout entier k≥1k\ge1, le bloc allant de n=2k−1+1n=2^{k-1}+1 à n=2kn=2^k contient 2k−12^{k-1} termes. Chaque terme vaut au moins 1/2k1/2^k, donc chaque bloc contribue au moins 1/21/2. Après mm blocs, pour tout entier m≥1m\ge1,H2m≥1+m2.H_{2^m}\ge1+\frac{m}{2}.

Cette borne croît sans limite lorsque mm augmente : les sommes partielles ne sont donc pas bornées. La série harmonique diverge même si 1/n→01/n\to0. Le raisonnement s’applique à un nombre arbitrairement grand de blocs; vérifier quelques sommes partielles ne suffirait pas à démontrer la divergence.

Si votre plan de cours actuel de MATH 141 comprend les critères de comparaison, du rapport et des séries alternées, poursuivez avec les exercices sur les critères de convergence des séries. Sinon, restez avec les limites de termes et les sommes partielles, puis consultez le plan de cours actuel de votre enseignant avant de passer à ces critères.

Comment le tutorat aide

Vous pouvez partir d’une intégrale que vous ne savez pas comment aborder. Votre tuteur peut expliquer le choix d’une méthode, travailler avec vous le changement de variable et de bornes, puis montrer comment vérifier une primitive en la dérivant. Pour les suites et séries, vous pouvez d’abord clarifier la différence entre un terme et une somme partielle, puis étudier le raisonnement sur la convergence. Vos documents de cours guident les exemples; vous pouvez essayer une question semblable avec de l’aide avant de travailler en autonomie.

Préparation aux examens de MATH 141

Mélangez méthodes, applications géométriques et suites/séries de votre plan. Justifiez les conditions d’un critère de convergence.

Utilisez le plan de votre section pour choisir les chapitres à réviser. Nous travaillons sur des exercices autorisés et des problèmes comparables, sans réaliser de travaux évalués ni d’examens à votre place.

Besoin d’aide pour MATH 141?

Envoyez votre sujet et vos disponibilités. Nous confirmerons les notions couvertes et l’horaire par texto ou courriel avant le paiement.

Demander du tutorat MATH 141

Questions sur les séances

Dans quelle langue les séances se déroulent-elles?

Les séances de tutorat sont actuellement offertes en anglais.

Nablio est un service indépendant sans affiliation avec cet établissement.

MATH 141 · référence officielle du coursMATH 141 · renseignements officiels sur les cours offerts