Calcul intégral

Calculer l'aire entre deux courbes - Exercice 1

5 min
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Soient ff et gg deux fonctions continues sur R\mathbb{R} par f(x)=2x+1f\left(x\right)=2x+1 et g(x)=x2+2x+6g\left(x\right)=-x^{2}+2x+6
Question 1

Déterminer l'aire, en unité d'aire, du domaine compris entre les courbes représentatives de gg et ff sur l'intervalle [0;1]\left[0;1\right] .

Correction
Soient ff et gg deux fonctions continues sur un intervalle II telles que f(x)g(x)f\left(x\right)\le g\left(x\right) pour tout x[a;b]x\in \left[a;b\right] .
On note Cf\mathscr{C_f} et Cg\mathscr{C_g} les courbes représentatives respectives de ff et gg .
L'aire du domaine délimitée par les courbes Cf\mathscr{C_f} et Cg\mathscr{C_g} et les droites d'équations x=ax=a et x=bx=b, exprimée en unité d'aire, est égale à :
ab(g(x)f(x))dx\int _{a}^{b}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx
On vérifie facilement sur le graphique ci-dessous que la courbe Cg\mathscr{C_g} est au-dessus de la courbe Cf\mathscr{C_f} .
Nous avons donc g(x)f(x)g\left(x\right)\ge f\left(x\right) .
Nous allons donc calculer : 01(g(x)f(x))dx\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx
Il vient alors que :
01(g(x)f(x))dx=01(x2+2x+6(2x+1))dx\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=\int _{0}^{1}\left(-x^{2} +2x+6-\left(2x+1\right)\right) dx
01(g(x)f(x))dx=01(x2+2x+62x1)dx\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=\int _{0}^{1}\left(-x^{2} +2x+6-2x-1\right) dx
01(g(x)f(x))dx=01(x2+5)dx\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=\int _{0}^{1}\left(-x^{2} +5\right) dx
01(g(x)f(x))dx=[13x3+5x]01\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=\left[-\frac{1}{3} x^{3} +5x\right]_{0}^{1}
01(g(x)f(x))dx=13×13+5×1(13×03+5×0)\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=-\frac{1}{3} \times 1^{3} +5\times 1-\left(-\frac{1}{3} \times 0^{3} +5\times 0\right)
01(g(x)f(x))dx=13+5\int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=-\frac{1}{3} +5
Finalement :
01(g(x)f(x))dx=143 \int _{0}^{1}\left(g\left(x\right)-f\left(x\right)\right) dx=\frac{14}{3} unités d'aire.

Ci-dessous en violet le domaine (aire) compris entre les courbes représentatives de gg et ff sur l'intervalle [0;1]\left[0;1\right] .