Exercice 3 : Déterminer si l'intégrale généralisée ∫0π2tan⁡(x) dx\int_0^{\frac{\pi}{2}} \tan(x) \, dx est convergente - Exercice 1

15 min
20
Pour bien continuer ses apprentissages et acquérir de bons réflexes.
Question 1

Soit xx un nombre réel.
Déterminer si l'intégrale généralisée ∫0π2tan⁡(x) dx\int_0^{\frac{\pi}{2}} \tan(x) \, dx est convergente.

Correction
Soit x∈[0 ; π2[x \in \left[ 0 \,;\, \dfrac{\pi}{2} \right[. Sur cet intervalle, la fonction x⟼tan⁡(x)x \longmapsto \tan(x) est continue, donc localement intégrable. En outre, on a la limite suivante lim⁡x⟶(π2)−tan⁡(x)=+∞\lim_{x \longrightarrow \left( \frac{\pi}{2} \right)^-} \tan(x) = + \infty.
Avec x∈[0 ; π2[x \in \left[ 0 \,;\, \dfrac{\pi}{2} \right[, on a :
∫0xtan⁡(t) dt=∫0xsin⁡(t)cos⁡(t) dt=∫0x(−cos⁡(t))′cos⁡(t) dt=−∫0xcos⁡′(t)cos⁡(t) dt=−[ln⁡(cos⁡(t))]0x=[ln⁡(cos⁡(t))]x0\int_0^{x} \tan(t) \, dt = \int_0^{x} \dfrac{\sin(t)}{\cos(t)} \, dt = \int_0^{x} \dfrac{\big( -\cos(t) \big)'}{\cos(t)} \, dt = - \int_0^{x} \dfrac{\cos'(t)}{\cos(t)} \, dt = - \left[ \ln \big( \cos(t) \big) \right]_0^{x} = \left[ \ln \big( \cos(t) \big) \right]_x^{0}
Ainsi :
∫0xtan⁡(t) dt=ln⁡(cos⁡(0))−ln⁡(cos⁡(x))=ln⁡(1)−ln⁡(cos⁡(x))=0−ln⁡(cos⁡(x))\int_0^{x} \tan(t) \, dt = \ln \big( \cos(0) \big) - \ln \big( \cos(x) \big) = \ln \big( 1 \big) - \ln \big( \cos(x) \big) = 0 - \ln \big( \cos(x) \big)
Donc :
∫0xtan⁡(t) dt=−ln⁡(cos⁡(x))\int_0^{x} \tan(t) \, dt = - \ln \big( \cos(x) \big)
On peut donc écrire que :
∫0π2tan⁡(x) dx=lim⁡x⟶(π2)−∫0xtan⁡(t) dt=lim⁡x⟶(π2)−(−ln⁡(cos⁡(x)))=−lim⁡x⟶(π2)−ln⁡(cos⁡(x))=−(−∞)=+∞\int_0^{\frac{\pi}{2}} \tan(x) \, dx = \lim_{x \longrightarrow \left( \frac{\pi}{2} \right)^-} \int_0^{x} \tan(t) \, dt = \lim_{x \longrightarrow \left( \frac{\pi}{2} \right)^-} \left( - \ln \big( \cos(x) \big) \right) = - \lim_{x \longrightarrow \left( \frac{\pi}{2} \right)^-} \ln \big( \cos(x) \big) = - \left( - \infty \right) = + \infty
En conséquence immédiate, nous pouvons finalement affirmer que l'intégrale généralisée ∫0π2tan⁡(x) dx\int_0^{\frac{\pi}{2}} \tan(x) \, dx est de nature divergente.

Signaler une erreur

Aide-nous à améliorer nos contenus en signalant les erreurs ou problèmes que tu penses avoir trouvés.

Connecte-toi ou crée un compte pour signaler une erreur.