Cet exercice illustre une technique simple qui, parfois, permet de conclure sur des limites d'intégrales.
Question 1
Soit n un nombre entier naturel. On pose : In=∫01xnln(1+x2)dx
Déterminer, si elle existe, la limite ℓ suivante : ℓ=n⟶+∞limIn
Correction
On a : 0⩽x⩽1⟺0⩽x2⩽1⟺1⩽1+x2⩽2 La fonction logarithme népérien est croissante sur l'intervalle [1;2], donc elle conserve l'ordre sur cet intervalle. Ainsi : ln(1)⩽ln(1+x2)⩽ln(2)⟺0⩽ln(1+x2)⩽ln(2) Donc, en multipliant par le terme positif xn (car x∈[0;1]), on a : 0⩽xnln(1+x2)⩽xnln(2) Donc, par intégration : ∫010dx⩽∫01xnln(1+x2)dx⩽∫01xnln(2)dx D'où : 0⩽In⩽ln(2)∫01xndx Avec : ∫01xndx=[n+1xn+1]01=n+11n+1−n+10n+1=n+11−n+10=n+11−0=n+11 Donc, on a : 0⩽In⩽ln(2)n+11 Or, on a n⟶+∞lim0=n⟶+∞lim(ln(2)n+11)=ln(2)n⟶+∞lim(n+11)=0. D'après le théorème de l'encadrement, on en déduit que : n⟶+∞limIn=0 Finalement : ℓ=0
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