Quiz intégration Quiz intégration 1. La somme de deux fonctions intégrables sur \(\Bbb R\) est intégrable sur \(\Bbb R\). Vrai Faux \(|f+g|≤|f|+|g|\) (l’espace \(L^1(\Bbb R)\) est un espace vectoriel). 2. La fonction \(\displaystyle t\mapsto\frac1{t\ln t}\) est intégrable sur \([2,+∞[\). Vrai Faux Une primitive est \(\ln(\ln t)\), qui diverge en \(+∞\). 3. Une fonction \(f\) est intégrable sur \(\Bbb R\) si et seulement si elle est intégrable sur tout segment de \(\Bbb R\). Vrai Faux La notion de fonction intégrable sur un segment n’a pas beaucoup d’intérêt puisqu’elle se confond avec la notion de fonction continue par morceaux. 4. La fonction \(t\mapsto\ln t\) est intégrable sur \(]0,1]\). Vrai Faux Au voisinage de 0, \(\ln t=o\Bigl(\dfrac1{t^{1/2}}\Bigr)\). 5. Si une fonction continue sur \(\Bbb R_+\) est intégrable, \(\displaystyle\lim_{x\to+∞}\int_x^{x^2}f(t)dt=0\). Vrai Faux On a \(\displaystyle\int_x^{x^2}f(t)dt=\int_0^{x^2}f(t)dt-\int_0^xf(t)dt\) et ces deux intégrales ont même limite. 6. La fonction \(\displaystyle t\mapsto\frac{\sin t}t\) est intégrable sur \(]0,+∞[\). Vrai Faux L’intégrale de Dirichlet \(\displaystyle\int_0^{+∞}\frac{\sin t}tdt\) converge mais l’intégrale \(\displaystyle\int_0^{+∞}\Bigl|\frac{\sin t}t\Bigr|dt\) diverge. 7. Une primitive \(F\) sur \(\Bbb R\) d’une fonction paire \(f\) est impaire. Vrai Faux Il existe une constante \(k\) telle que \(\displaystyle F(x)=\int_0^xf(t)dt+k\), et le changement de variable \(u=-t\) donne \(F(-x)=2k-F(x)\) donc \(F\) n’est impaire que si \(k=0\). 8. Si une fonction continue sur \(\Bbb R_+\) est intégrable, elle tend vers 0 en \(+∞\). Vrai Faux Pour construire un contre-exemple il suffit de considérer une fonction continue \(f\) en «dent de scie» qui : est égale à \(1\) pour \(x=n\in\Bbb N^*\) ; est affine sur les intervalles \(\Bigl[n-\dfrac1{n^2},n\Bigr]\) et \(\Bigl[n, n+\dfrac1{n^2}\Bigr]\) ; nulle partout ailleurs Cette fonction est intégrable sur \(\Bbb R_+\) (dessiner son graphe pour se convaincre que son intégrale vaut \(\displaystyle\sum_{n=1}^{+∞}\dfrac1{n^2}\)) mais sans être bornée. 9. Si \(f\) est continue sur \([a,b]\) alors \(\displaystyle\lim\frac{b-a}n\sum_{k=0}^{n-1}f\Bigl(k\frac{b-a}n\Bigr)=\int_a^bf(t)dt\). Vrai Faux L’expression correcte des sommes de Riemann est \(\displaystyle\lim\frac{b-a}n\sum_{k=0}^{n-1}f\Bigl(a+k\frac{b-a}n\Bigr)=\int_a^bf(t)dt\). 10. Une primitive \(F\) sur \(\Bbb R\) d’une fonction \(f\) \(T\)-périodique est elle-même \(T\)-périodique. Vrai Faux Il existe une constante \(k\) telle que \(\displaystyle F(x)=\int_0^xf(t)dt+k\), et pour tout \(x\in\Bbb R\), \(F'(x+T)-F'(x)=0\) donc \(\displaystyle F(x+T)-F(x)=F(T)-F(0)=\int_0^Tf(t)dt\). La fonction \(F\) n’est \(T\)-périodique que si \(\displaystyle\int_0^Tf(t)dt=0\). 11. Une primitive \(F\) sur \(\Bbb R\) d’une fonction impaire \(f\) est paire. Vrai Faux Il existe une constante \(k\) telle que \(\displaystyle F(x)=\int_0^xf(t)dt+k\), et le changement de variable \(u=-t\) donne \(F(-x)=F(x)\). 12. Si la fonction \(f\) est continue sur \(]0,1]\) et admet une limite finie en 0 alors \(f\) est intégrable. Vrai Faux L’intégrale \(\displaystyle\int_0^1f(t)dt\) est faussement impropre. 13. Le produit de deux fonctions intégrables sur \(\Bbb R\) est intégrable sur \(\Bbb R\). Vrai Faux Mais il suffit que les deux fonctions soient de carré intégrable (l’espace \(L^2(\Bbb R)\) est un espace vectoriel). 14. La fonction \(\displaystyle t\mapsto\frac1{(t-1)^\alpha}\) est intégrable sur \(]1,2]\) si et seulement si \(\alpha<1\). Vrai Faux Le changement de variable \(u=t-1\) se ramène à une intégrale de Riemann de référence. 15. Si \(f\) est continue sur \([0,1]\) alors \(\displaystyle\lim\frac1n\sum_{k=0}^{n}f\Bigl(\frac kn\Bigr)=\int_0^1f(t)dt\). Vrai Faux Cela reste valable avec \(\displaystyle\sum_{k=0}^{n-1}\) ou encore \(\displaystyle\sum_{k=1}^{n}\). 16. Si une fonction continue et intégrable sur \(\Bbb R_+\) possède une limite en \(+∞\), celle-ci est nulle. Vrai Faux Si cette limite \(\ell\) est non nulle, les intégrales \(\displaystyle\int_0^{+\infty}f(t)dt\) et \(\displaystyle\int_0^{+\infty}\ell dt\) ont même nature, et cette dernière intégrale diverge. 17. Si \(f\) est continue et vérifie \(\displaystyle\Bigl|\int_a^bf(t)dt\Bigr|=\int_a^b|f(t)|dt\) alors \(f\) est de signe constant. Vrai Faux Suivant le signe de \(\displaystyle\int_a^bf(t)dt\) on a \(\displaystyle\int_a^b\bigl(|f(t)|-f(t)\bigr)dt=0\) ou \(\displaystyle\int_a^b\bigl(|f(t)|+f(t)\bigr)dt=0\) et l’intégrale d’une fonction continue et positive n’est nulle que si cette fonction est nulle. 18. Une fonction \(f:\Bbb R\to\Bbb R\) est intégrable lorsqu’elle est continue par morceaux et \(\displaystyle\int_{\Bbb R}f(t)dt\) converge. Vrai Faux Il faut que l’intégrale \(\displaystyle\int_{\Bbb R}\bigl|f(t)\bigr|dt\) converge. 19. La fonction \(\displaystyle t\mapsto\frac1{\sqrt{1-t^2}}\) est intégrable sur \(]-1,1[\). Vrai Faux Elle est paire et équivalente à \(\displaystyle\frac1{2(1-t)^{1/2}}\) au voisinage de 1. 20. Si une fonction continue et monotone sur \(\Bbb R_+\) est intégrable, elle tend vers 0 en \(+∞\). Vrai Faux \(\displaystyle\lim_{x\to+∞}\int_x^{x+1}f(t)dt=0\) et on applique la technique de comparaison à une intégrale. 21. Si \(f\) est continue et positive sur \(\Bbb R_+\), la série \(\displaystyle \sum f(n)\) converge si et seulement si l’intégrale \(\displaystyle\int_0^{+∞}f(t)dt\) converge. Vrai Faux Il faut supposer en plus \(f\) décroissante (comparaison série/intégrale). 22. Si une fonction continue est intégrable sur \(\Bbb R_+\), elle est bornée. Vrai Faux Pour construire un contre-exemple il suffit de considérer une fonction continue \(f\) en «dent de scie» qui : est égale à \(n\) pour \(x=n\in\Bbb N^*\) ; est affine sur les intervalles \(\Bigl[n-\dfrac1{n^3},n\Bigr]\) et \(\Bigl[n, n+\dfrac1{n^3}\Bigr]\) ; nulle partout ailleurs Cette fonction est intégrable sur \(\Bbb R_+\) (dessiner son graphe pour se convaincre que son intégrale vaut \(\displaystyle\sum_{n=1}^{+∞}\dfrac1{n^2}\)) mais sans être bornée. Chargement …
