Intégrale , surface et volume

#2bacsef

Sommaire

Propriété

Soit ff une fonction continue sur un intervalle [a;b][a ; b] et (Cf)(C_f) sa courbe représentative dans un repère orthonormé (O,u,v)(O,\vec{u},\vec{v})

L’aire, exprimée en unités d’aire, du domaine situé entre la courbe (Cf)(C_f), l’axe des abscisses et les droites d’équations : x=ax = a et x=bx = b est :

A=abf(x)dx.i.j\mathcal{A}=\int_{a}^{b}\left|f(x)\right|dx .\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\|
dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdef dvisvgm:rawput 3 y=f(x)xyy=f(x)ab

Remarques :

  • si ff une fonction continue et positif sur un intervalle [a;b][a ; b], c-à-d : sa courbe est au dessus de l’axe des abscisses sur l’intervalle [a,b][a,b], alors :
A=abf(x)dx..i.j\mathcal{A}=\int_{a}^{b}f(x)dx ..\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\|
dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3Ay=f(x)xyOijaab
  • si ff une fonction continue et négatif sur un intervalle [a;b][a ; b] alors
A=abf(x)dx..i.j\mathcal{A}=-\int_{a}^{b}f(x)dx ..\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\|
dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3Ay=f(x)xyOijaab

Application 6

Soit ff la fonction définie par : f(x)=x2+2xf(x)=-x^2+2x

(Cf)(C_f) sa courbe dans un repère orthonormé (O,i,j)(O,\vec{i},\vec{j}) avec (i=2cm\|\vec{i}\|=2cm et j=2cm\|\vec{j}\|=2cm) Calculer l’aire u domaine situé entre la courbe (Cf)(C_f), l’axe des abscisses et les droites d’équations : x=0x = 0 et x=3x = 3

L’aire du domaine situé entre la courbe (Cf)(C_f), l’axe des abscisses et les droites d’équations x=0x = 0 et x=3x = 3 est :

A=03f(x)dx.i.j=403f(x)dxcm2\mathcal{A}=\int_{0}^{3}\left|f(x)\right|dx .\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\| =4\int_{0}^{3}\left|f(x)\right|dx\cdot cm^2
dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3y=f(x)dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 33Oij2
03f(x)dx=02f(x)dx+23f(x)dx=02f(x)dx23f(x)dx=02(x2+2x)dx23(x2+2x)dx=[x33+x2]02[x33+x2]23=83+4(9+9+834)=83\begin{align*} \int_{0}^{3}\left|f(x)\right|dx &= \int_{0}^{2}\left|f(x)\right|dx + \int_{2}^{3}\left|f(x)\right|dx \\ &= \int_{0}^{2}f(x)dx - \int_{2}^{3}f(x)dx \\ &= \int_{0}^{2}(-x^2+2x)dx - \int_{2}^{3}(-x^2+2x)dx \\ &=\left[-\frac{x^3}3+x^2\right]^2_0 - \left[-\frac{x^3}3+x^2\right]^3_2 \\ &=-\frac83+4-(-9+9+\frac83-4) \\ &=\frac{8}3 \end{align*}
A=323cm2\mathcal{A}=\frac{32}3cm^2

Propriété

Soient ff et gg deux fonctions continues sur [a,b][a,b]. (Cf)(C_f) et (Cg)(C_g) les courbes de ff et gg.

L’aire de la surface située entre les courbes de ff et gg, les droites d’équations x=ax=a et x=bx=b, est le nombre réel

A=abf(x)g(x)dx.i.j\mathscr{A}=\int_{a}^{b}\left|f(x)-g(x)\right|dx .\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\|
xyOaby=f(x)y=g(x)dvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 3

Exemple :

f(x)=cos(x)f(x)=cos(x) et g(x)=sin(x)g(x)=sin(x)

(O,i,j)(O,\vec{i},\vec{j}) repère orthonormé (i=j=1cm\|\vec{i}\|=\|\vec{j}\|=1cm)

Calculer l’aire du domaine situé entre la courbe (Cf)(C_f) et la courbe (Cg)(C_g) et les droites d’équations : x=π2x = -\frac\pi2 et x=3π4x = \frac{3\pi}{4}

L’aire du domaine situé entre la courbe (Cf)(C_f) et la courbe (Cg)(C_g) et les droites d’équations x=π2x = -\frac\pi2 et x=3π4x = \frac{3\pi}{4} est :

A=π23π4f(x)g(x)dx.i.j=π23π4f(x)g(x)dxcm2\begin{align*} \mathcal{A}&=\int_{-\frac\pi2}^{\frac{3\pi}{4}}\left|f(x)-g(x)\right|dx .\|\vec{i}\|.\|\vec{j}\|\\ &=\int_{-\frac\pi2}^{\frac{3\pi}{4}}\left|f(x)-g(x)\right|dx\cdot cm^2 \end{align*}
xycosxsinxdvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 30π2ππ+11π23π4π4xycosxsinxdvisvgm:rawset 3dvisvgm:rawdefdvisvgm:rawput 30π2ππ+11π23π4π4
  • Sur l’intervalle ]π2,π4[]-\frac\pi2,\frac\pi4[ la courbe de cos\cos est située au dessus de la courbe de sin\sin
  • Sur l’intervalle ]π4,3π4[]\frac\pi4,\frac{3\pi}4[ la courbe de sin\sin est située au dessus de la courbe de cos\cos
π23π4cos(x)sin(x)dx=π2π4cos(x)sin(x)dx+π43π4cos(x)sin(x)dx=π2π4cos(x)sin(x)dxπ43π4cos(x)sin(x)dx=[sinx+cosx]π2π4[sinx+cosx]π43π4=22+1\begin{align*} \int_{-\frac\pi2}^{\frac{3\pi}{4}}\left|\cos(x)-\sin(x)\right|dx &=\int_{-\frac\pi2}^{\frac{\pi}{4}}\left|\cos(x)-\sin(x)\right|dx +\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{3\pi}{4}}\left|\cos(x)-\sin(x)\right|dx \\ &=\int_{-\frac\pi2}^{\frac{\pi}{4}}\cos(x)-\sin(x)dx -\int_{\frac{\pi}{4}}^{\frac{3\pi}{4}}\cos(x)-\sin(x)dx \\ &=\left[\sin x+\cos x\right]_{-\frac\pi2}^{\frac\pi4} -\left[\sin x+\cos x\right]_{\frac\pi4}^{\frac{3\pi}4} \\&=2\sqrt2+1 \end{align*}
A=(22+1)cm2\mathcal{A}=(2\sqrt2+1)cm^2