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diff --git a/semestre 1/maths/4-intégration/cours.tex b/semestre 1/maths/4-intégration/cours.tex new file mode 100644 index 0000000..50f21ef --- /dev/null +++ b/semestre 1/maths/4-intégration/cours.tex @@ -0,0 +1,243 @@ +%%===================================================================================== +%% +%% Filename: cours.tex +%% +%% Description: +%% +%% Version: 1.0 +%% Created: 03/06/2024 +%% Revision: none +%% +%% Author: YOUR NAME (), +%% Organization: +%% Copyright: Copyright (c) 2024, YOUR NAME +%% +%% Notes: +%% +%%===================================================================================== +\documentclass[a4paper, titlepage]{article} + +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage[T1]{fontenc} +\usepackage{textcomp} +\usepackage[french]{babel} +\usepackage{amsmath, amssymb} +\usepackage{amsthm} +\usepackage[svgnames]{xcolor} +\usepackage{thmtools} +\usepackage{lipsum} +\usepackage{framed} +\usepackage{parskip} +\usepackage{titlesec} + +\renewcommand{\familydefault}{\sfdefault} + +% figure support +\usepackage{import} +\usepackage{xifthen} +\pdfminorversion=7 +\usepackage{pdfpages} +\usepackage{transparent} +\newcommand{\incfig}[1]{% + \def\svgwidth{\columnwidth} + \import{./figures/}{#1.pdf_tex} +} + +\pdfsuppresswarningpagegroup=1 + +\colorlet{defn-color}{DarkBlue} +\colorlet{props-color}{Blue} +\colorlet{warn-color}{Red} +\colorlet{exemple-color}{Green} +\colorlet{corol-color}{Orange} +\newenvironment{defn-leftbar}{% + \def\FrameCommand{{\color{defn-color}\vrule width 3pt} \hspace{10pt}}% + \MakeFramed {\advance\hsize-\width \FrameRestore}}% + {\endMakeFramed} +\newenvironment{warn-leftbar}{% + \def\FrameCommand{{\color{warn-color}\vrule width 3pt} \hspace{10pt}}% + \MakeFramed {\advance\hsize-\width \FrameRestore}}% + {\endMakeFramed} +\newenvironment{exemple-leftbar}{% + \def\FrameCommand{{\color{exemple-color}\vrule width 3pt} \hspace{10pt}}% + \MakeFramed {\advance\hsize-\width \FrameRestore}}% + 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preheadhook=\vspace{\freespace}\begin{warn-leftbar},% + postfoothook=\end{warn-leftbar},% +]{better-warn} +\declaretheoremstyle[headfont=\sffamily\bfseries,% + notefont=\sffamily\bfseries,% +notebraces={}{},% +headpunct=,% + bodyfont=\sffamily,% + headformat=\color{exemple-color}Exemple~\NUMBER\hfill\NOTE\smallskip\linebreak,% + preheadhook=\vspace{\freespace}\begin{exemple-leftbar},% + postfoothook=\end{exemple-leftbar},% +]{better-exemple} +\declaretheoremstyle[headfont=\sffamily\bfseries,% + notefont=\sffamily\bfseries,% + notebraces={}{},% + headpunct=,% + bodyfont=\sffamily,% + headformat=\color{props-color}Proposition~\NUMBER\hfill\NOTE\smallskip\linebreak,% + preheadhook=\vspace{\freespace}\begin{props-leftbar},% + postfoothook=\end{props-leftbar},% +]{better-props} +\declaretheoremstyle[headfont=\sffamily\bfseries,% + notefont=\sffamily\bfseries,% + notebraces={}{},% + headpunct=,% + bodyfont=\sffamily,% + headformat=\color{props-color}Théorème~\NUMBER\hfill\NOTE\smallskip\linebreak,% + preheadhook=\vspace{\freespace}\begin{props-leftbar},% + postfoothook=\end{props-leftbar},% +]{better-thm} +\declaretheoremstyle[headfont=\sffamily\bfseries,% + notefont=\sffamily\bfseries,% + notebraces={}{},% + headpunct=,% + bodyfont=\sffamily,% + headformat=\color{corol-color}Corollaire~\NUMBER\hfill\NOTE\smallskip\linebreak,% + preheadhook=\vspace{\freespace}\begin{corol-leftbar},% + postfoothook=\end{corol-leftbar},% +]{better-corol} + +\declaretheorem[style=better-defn]{defn} +\declaretheorem[style=better-warn]{warn} +\declaretheorem[style=better-exemple]{exemple} +\declaretheorem[style=better-corol]{corol} +\declaretheorem[style=better-props, numberwithin=defn]{props} +\declaretheorem[style=better-thm, sibling=props]{thm} +\newtheorem*{lemme}{Lemme}%[subsection] +%\newtheorem{props}{Propriétés}[defn] + +\newenvironment{system}% +{\left\lbrace\begin{align}}% +{\end{align}\right.} + +\newenvironment{AQT}{{\fontfamily{qbk}\selectfont AQT}} + +\usepackage{LobsterTwo} +\titleformat{\section}{\newpage\LobsterTwo \huge\bfseries}{\thesection.}{1em}{} +\titleformat{\subsection}{\vspace{2em}\LobsterTwo \Large\bfseries}{\thesubsection.}{1em}{} +\titleformat{\subsubsection}{\vspace{1em}\LobsterTwo \large\bfseries}{\thesubsubsection.}{1em}{} + +\newenvironment{lititle}% +{\vspace{7mm}\LobsterTwo \large}% +{\\} + +\renewenvironment{proof}{$\square$ \footnotesize\textit{Démonstration.}}{\begin{flushright}$\blacksquare$\end{flushright}} + +\title{Intégration} +\author{William Hergès\thanks{Sorbonne Université - Faculté des Sciences, Faculté des Lettres}} + +\begin{document} + \maketitle + \tableofcontents + \newpage + \section{Définitions et théorèmes fondamentaux} + \begin{defn} + L'intégration de la fonction $f: [a,b]\to \mathbb{R}$ est l'aire de la région sous la courbe de $f$ et l'axe des absisses. On note ce nombre $$ \int^b_af(x)\mathrm{d}x $$ + + L'aire sous la courbe est : + $$ \lim_{n \to \infty} \sum_{i=1}^{n-1} f\left( \frac{b-a}{i} \right) \frac{b-a}{n} $$ + \end{defn} + + Ce calcul est apparenté au calcul des dérivés. + \begin{defn} + Soit $f:I\to \mathbb{R}$ avec $I$ un intervalle, on dit que $F:I\to \mathbb{R}$ est une primitive de $f$, i.e. $$ F'=f $$ + \end{defn} + $F$ est toujours déterminée à une constante près. + \begin{thm} + Soit $f$ une fonction continue de $[a,b]$ dans $\mathbb{R}$. + + Il existe toujours une primitive $F$ de $f$ sur $[a,b]$.\\ + On a alors : + $$ \int^b_a f(t)\mathrm{d}t = F(b)-F(a) = [F(x)]_a^b $$ + \end{thm} + \begin{proof} + Admis. + \end{proof} + Ce calcul ne dépend pas de la constance de $F$. + \section{Calculs} + \subsection{Propriétés} + \begin{props} + La propriété de Chasles est vraie pour les intégrales + \end{props} + \begin{proof} + \AQT + \end{proof} + \begin{props} + L'intégrale est linéaire + \end{props} + \begin{proof} + \AQT + \end{proof} + \begin{props} + Si $f\geqslant 0$, alors $\int f\geqslant 0$. + + Si $f \geqslant g$, alors $\int f \geqslant \int g$. + \end{props} + \begin{proof} + \AQT + \end{proof} + \subsection{Intégration par partie} + \begin{thm}[IPP] + Soient $f,g$ deux fonctions intégrables sur $[a,b]$. + + Alors~: + $$ \int_a^b f'(x)g(x)\mathrm{d}x = [(fg)(x)]^b_a-\int^b_af(x)g'(x)\mathrm{d}x $$ + \end{thm} + \begin{proof} + Admis. + \end{proof} + \begin{exemple} + On a : + $$ \int_a^b te^{-t}\mathrm{d}t = [-te^{-t}]^b_a-\int^a_be^{-t}\mathrm{d}t $$ + (en posant $f'(t)=e^{-t}$ et $g(t)=t$) + \end{exemple} + \subsection{Changement de variable} + \begin{thm} + Soit $f:[a,b]\to \mathbb{R}$ continue. + + Pour toute fonction $\varphi:J\to [a;b]$ de classe $\mathcal{C}^1$ et tous $\alpha,\beta\in J$ tels que $\varphi(\alpha)=a$ et $\varphi(\beta)=b$ (sous réserve d'existence), on a : $$ \int^b_af(t)\mathrm{d}t = \int^{\beta}_{\alpha}f(\varphi(u))\varphi'(u)\mathrm{d}u $$ + \end{thm} + Quand on a une intégrale trop compliqué, on fait un changement de variable. + + \begin{lititle} + Méthode + \end{lititle} + On cherche à transformer $$ \int^b_a f(t)\mathrm{d}t $$ en $$ \int^{\beta}_{\alpha} g(u)\mathrm{d}u $$ + \begin{enumerate} + \item On exprime $t$ en fonction de $u$ (i.e. il existe $\varphi$ tel que $t=\varphi(u)$). + \item On cherche $\alpha,\beta$ tel que $\varphi(\alpha)=a$ et $\varphi(\beta)=b$. + \item On vérifie que $\varphi$ est de classe $\mathcal{C}^1$ sur $[\alpha,\beta]$ et l’on calcule $\mathrm{d}t = \varphi'(u)\mathrm{d}u$, ce qui donne l’ancienne différentielle $\mathrm{d}t$ en fonction de la nouvelle $\mathrm{d}u$. + \item On transforme l’intégrant $f(t) \mathrm{d}t$ en remplaçant $\mathrm{d}t$ par $\varphi'(u) \mathrm{d}u$ et $t$ par $\mathrm{d}(u)$. On obtient ainsi un nouvel intégrant de la forme $g(u) \mathrm{d}u$. + \item On écrit la nouvelle intégrale et on obtient bien celle qu'on cherchait. + \end{enumerate} +\end{document} |
