INFO EX2 INTEGRATION

                              INFO  EXERCICE 2                 CALCUL INTEGRAL                   20 MAI  2011

        EXERCICE 2

                       Soit          un  =  ∫n + 1    ( x + 1 ) e- x  dx               où   n est dans IN .

                 1.   Justifions l'existence de   un  .

                       La fonction f: x →  ( x + 1 ) e- x    est définie et continue sur l'intervalle [ n , n + 1 ]

                       comme produit de telles fonctions.

                      Donc l'intégrale   ∫n + 1    ( x + 1 ) e- x  dx              existe pour tout n dans IN.

                  Conclusion :       un   existe pour tout n dans IN.

                      2. Trouvons   un   en fonction de n.

                               Soit la fonction affine   w : x →  x + 1

                             La fonction    w : x →  x + 1   est définie et dérivable dans IR.

                             On a      w ' : x →  1

                             La fonction w ' est définie et continue dans IR.

                              Soit la fonction   v ' :    x → e- x

                              La fonction v ' est définie et continue dans IR.

                             Prenons     v :    x → - e- x

                            La fonction v est définie et dérivable dans IR.

                       Donc on peut procéder à une intégration par parties.

                           un    =     ∫n + 1  w( x ) v '( x )  dx   = [ w( x ) v( x ) ] n n + 1    -   ∫n + 1    w ' ( x ) v( x )  dx

                          c-à-d

                            un       =    ∫n + 1    ( x + 1 ) e- x  dx   = [ ( x  + 1 ) ( -    e- x  )] n n + 1    -   ∫n + 1    1 ( - e- x ) dx

                      c-à-d

                                          un  = -  ( n + 2 ) e- n - 1  + ( n + 1 ) e- n    +  ∫n + 1     e- x dx

                       c-à-d         un   = -  ( n + 2 ) e- n - 1  + ( n + 1 ) e- n    +   [ -    e- x ] n n + 1 

                       c-à-d         un   = -  ( n + 2 ) e- n - 1  + ( n + 1 ) e- n     -    e- n - 1      +    e- n      

                       c-à-d        un   =   e- n    [   - ( n + 2 )   e - 1   + ( n + 1 ) -  e - 1  + 1]

                                  Conclusion :   un   =   e- n (  - ( n + 3 )   e - 1   + ( n + 2 )   )

                         3. Etudions la convergence de la suite ( u )

                            On a :             un   =  e- n   [   - ( n + 3 )   e - 1   + ( n + 2 ) ]    

                          c-à-d                 un   =  - n e- n   e - 1    -  3  e - 1  e- n   +   n   e- n  +  2  e- n       

                               Or        lim  - n e- n      = lim  x ex   = 0

                                           n → + ∞                x→ - ∞

                                    et       lim  e- n        =     lim   ex   = 0

                                                n → + ∞             x→ - ∞        

            Ainsi      lim  (   - n e- n   e - 1    -  3  e - 1  e- n   +   n   e- n  +  2  e- n     ) =  0

                           n → + ∞    

                                Conclusion :     lim   un   = 0    

                                                               n → + ∞          

                  La suite ( u ) converge vers 0.

              4. Soit     Sn   =   u0   +    ............... +  un  

                     Trouvons    Sn      en fonction de   n.

                     On a :      Sn  =   ∫ 1   ( x + 1 ) e- x  dx   +  ∫2    ( x + 1 ) e- x  dx  +.... +   ∫n + 1    ( x + 1 ) e- x  dx   

          Donc            Sn  =   ∫n + 1   ( x + 1 ) e- x  dx       

                          En utilisant une intégration par parties comme à la question 2. avec comme bornes 0 et n + 1

                           on obtient :

                            Sn  =  [ ( x  + 1 ) ( -    e- x  )] 0 n + 1    + [ -    e- x ]0 n + 1      

                          c-à-d                Sn  =  - ( n + 2 )   e-  n - 1       +  1  -     e-  n - 1       +    1

                            c-à-d                Sn  =  - ( n + 3 )   e-  n - 1    +  2    

                             Conclusion :       Sn     =   - ( n + 3 )   e-  n - 1   + 2                       

                           c-à-d      Sn  =  -  n  e-  n    e- 1  -   3  e-  n    e- 1  +  2                            

                                  Or        lim  - n e- n      =    lim  x ex   = 0

                                           n → + ∞                    x→ - ∞

                                    et       lim  e- n        =     lim   ex   = 0

                                                n → + ∞             x→ - ∞        

                           Il est clair que    lim ( -  n  e-  n    e- 1  -   3  e-  n    e- 1  +  2   )  = 2

                                                         n  → + ∞    

                        Conclusion :    lim    Sn     =    2    

                                                     n→ + ∞   

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