Vidéo terminée
Leçon suivante · leçon 2La primitive qui s'annule en aLeçon 1
L'intégrale, une aire sous la courbe
Le cours écrit
1.1 L'unité d'aire
On se place dans un repère orthogonal . L'unité d'aire, notée u.a., est l'aire du rectangle de côtés et . Toutes les aires de ce chapitre se mesurent dans cette unité.
Exemple 1. Si une unité vaut cm en abscisse et cm en ordonnée, alors u.a. cm.
1.2 Définition
Soit une fonction continue et positive sur un segment , avec . Le domaine sous la courbe est la partie du plan limitée par la courbe de , l'axe des abscisses et les droites d'équations et .
Définition. L'intégrale de à de est l'aire, en unités d'aire, du domaine sous la courbe. On la note
On s'appuie ici sur la notion intuitive d'aire, vue au collège, sans chercher à la définir davantage.
1.3 Lire la notation
- et sont les bornes de l'intégrale.
- indique la variable d'intégration.
- Le résultat est un nombre, qui ne dépend pas de . La variable est muette : .
- Si , le domaine est réduit à un segment : .
1.4 Lire une intégrale sur une figure
Quand le domaine est une figure connue, l'aire se lit directement.
Exemple 2 (rectangle). .
Exemple 3 (trapèze). : le domaine est un trapèze de bases et , de hauteur .
Exemple 4 (avec une unité). u.a. Si u.a. cm, l'aire vaut cm.
Exemple 5 (demi-disque). La courbe de est un demi-cercle de rayon , car équivaut à avec . Donc .
1.5 Encadrer par des rectangles
Sous une parabole, aucune formule de géométrie ne s'applique. On encadre alors l'aire par des rectangles.
Prenons sur . On découpe le segment en morceaux de largeur . Comme est croissante, sur chaque morceau, la hauteur prise à gauche donne un rectangle sous la courbe, et la hauteur prise à droite donne un rectangle au-dessus.
Exemple 6 (). Sous la courbe : . Au-dessus : . Donc
Avec rectangles, la formule de la somme des carrés, (chapitre 1), donne les deux sommes :
| Sous la courbe, | |||
| Au-dessus, |
Les deux suites ont pour limite . Comme pour tout , on obtient
1.6 Une somme qui devient une intégrale
Chaque rectangle a pour aire : sa hauteur fois sa largeur. La somme des rectangles s'écrit . Quand devient très petit, cette somme se rapproche de l'intégrale. On met ainsi en regard les deux écritures :
Le signe est un S allongé, comme somme, et rappelle .
Un peu d'histoire. Cette idée est très ancienne. On en trouve des anticipations chez Archimède (quadrature de la parabole), Liu Hui (volume d'un cylindre), Ibn al-Haytham (volume d'un paraboloïde) puis, bien plus tard, chez Cavalieri et sa méthode des indivisibles.
Exercices 1 et 2
- Exercice 1 : lire des intégrales sur des figures
- Exercice 2 : l'aire sous $y = x^3$ par des rectangles
Corrigés
Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.