Exercice 7 : Etudier la nature de l'intégrale J\mathcal{J} suivante : J=∫0∞e−x2dx\mathcal{J} = \int_{0}^{\infty} e^{-x^2} dx - Exercice 1

10 min
15
On s'entraine encore.
Question 1

Soit x∈R+x \in \mathbb{R}^+. Etudier la nature de l'intégrale J\mathcal{J} suivante : J=∫0∞e−x2dx\mathcal{J} = \int_{0}^{\infty} e^{-x^2} dx

Correction
Soit x⩾0x \geqslant 0.
On a :
J=∫01e−x2dx+∫1∞e−x2dx\mathcal{J} = \int_{0}^{1} e^{-x^2} dx + \int_{1}^{\infty} e^{-x^2} dx
La fonction x⟼e−x2x \longmapsto e^{-x^2} est continue sur R+\mathbb{R}^+ donc elle est localement intégrable. L'intégrale ∫01e−x2dx\int_{0}^{1} e^{-x^2} dx converge donc.
Soit tt un nombre réel supérieur ou égal à 11. On a :
t⩽t2t \leqslant t^2
Donc :
−t⩾−t2-t \geqslant -t^2
Comme la fonction exponentielle est strictement croissante sur R\mathbb{R} alors elle y conserve l'ordre. Ainsi, on a :
e−t⩾e−t2e^{-t} \geqslant e^{-t^2}
Or l'intégrale lim⁡x⟶+∞∫1xe−tdt\lim_{x \longrightarrow +\infty} \int_{1}^{x} e^{-t} dt est de nature converge. D'après ce qui précède, cette dernière intégrale majore l'intégrale lim⁡x⟶+∞∫1xe−t2dt\lim_{x \longrightarrow +\infty} \int_{1}^{x} e^{-t^2} dt. Ainsi cette intégrale est de nature convergente.
Or, on a :
lim⁡x⟶+∞∫1xe−t2dt=∫1+∞e−t2dt\lim_{x \longrightarrow +\infty} \int_{1}^{x} e^{-t^2} dt = \int_{1}^{+\infty} e^{-t^2} dt
Cela nous permet d'affirmer que l'intégrale ∫1∞e−x2dx\int_{1}^{\infty} e^{-x^2} dx est de nature convergente.
Finalement, on vient de démontrer que l'intégrale J=∫0∞e−x2dx\mathcal{J} = \int_{0}^{\infty} e^{-x^2} dx est elle même convergente.

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.