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Terminale Spé Maths / Chapitre 8 : Calcul intégral

Guide de rédaction : calcul intégral

Ce guide complète le Guide de rédaction général.

Il rassemble, pour le chapitre Calcul intégral, les quatorze situations qui reviennent au bac et, pour chacune, la rédaction modèle.

Dans ce chapitre, la rédaction est très codifiée : un correcteur cherche des étapes précises, et chacune vaut des points.

🎯 Le principe du chapitre

Avec le calcul intégral, un correcteur regarde surtout cinq choses :

  • la primitive écrite et le crochet avant tout remplacement ;
  • la justification du signe ou de la position relative avant une aire ;
  • la rédaction complète d'une intégration par parties (u′u', vv, uu, v′v', régularité, crochet) ;
  • la citation des propriétés (linéarité, Chasles, croissance) ;
  • la conclusion avec l'unité d'aire.

1. Les quatorze situations et leur rédaction modèle

Situation 1 : calculer une intégrale.

« ff est continue sur [0 ;1][0\,;1]. Elle est de la forme u′u\dfrac{u'}u avec u(x)=x2+1>0u(x)=x^2+1>0. Donc F(x)=ln⁡(x2+1)F(x)=\ln\left(x^2+1\right) est une primitive de ff. Alors :

∫01f(x) dx=[ln⁡(x2+1)]01=ln⁡2−ln⁡1=ln⁡2\displaystyle\int_0^1f(x)\,dx=\Big[\ln\left(x^2+1\right)\Big]_0^1=\ln2-\ln1=\ln2. »

💡 Continuité, primitive, crochet, résultat.

Situation 2 : utiliser la linéarité et la relation de Chasles.

« Par linéarité de l'intégrale : ∫02(2f−3g)=2∫02f−3∫02g=2×3−3×(−1)=9\displaystyle\int_0^2(2f-3g)=2\int_0^2f-3\int_0^2g=2\times3-3\times(-1)=9.

D'après la relation de Chasles : ∫05f=∫02f+∫25f=3+4=7\displaystyle\int_0^5f=\int_0^2f+\int_2^5f=3+4=7. »

💡 Nomme la propriété que tu utilises.

Situation 3 : signe et comparaison d'intégrales.

« Pour x∈[0 ;1]x\in[0\,;1], x2≥0x^2\ge0 donc ex2≥1e^{x^2}\ge1. Par croissance de l'intégrale (0≤10\le1) : ∫01ex2dx≥∫011 dx=1\displaystyle\int_0^1e^{x^2}dx\ge\int_0^11\,dx=1. »

⚠️ Vérifie que les bornes sont dans l'ordre avant d'appliquer une inégalité.

Situation 4 : encadrer une intégrale.

« Pour x∈[0 ;1]x\in[0\,;1], 12≤11+x2≤1\dfrac12\le\dfrac1{1+x^2}\le1. D'après l'inégalité de la moyenne sur [0 ;1][0\,;1] (longueur 11) : 12≤∫0111+x2 dx≤1\dfrac12\le\displaystyle\int_0^1\dfrac1{1+x^2}\,dx\le1. »

Situation 5 : la valeur moyenne.

« La valeur moyenne de ff sur [0 ;3][0\,;3] est μ=13−0∫03x2 dx=13×[x33]03=3\mu=\dfrac1{3-0}\displaystyle\int_0^3x^2\,dx=\dfrac13\times\left[\dfrac{x^3}3\right]_0^3=3. »

⚠️ N'oublie pas le facteur 1b−a\dfrac1{b-a}.

Situation 6 : l'aire sous une courbe.

« ff est continue et positive sur [0 ;3][0\,;3] (x2≥0x^2\ge0). L'aire du domaine est A=∫03x2 dx=[x33]03=9A=\displaystyle\int_0^3x^2\,dx=\left[\dfrac{x^3}3\right]_0^3=9 u.a. Comme une unité d'aire vaut 2×3=62\times3=6 cm², A=54A=54 cm². »

Situation 7 : l'aire entre deux courbes.

« Les courbes se coupent en x=0x=0 et x=1x=1 (x2=x  ⟺  x(x−1)=0x^2=x\iff x(x-1)=0). Sur [0 ;1][0\,;1], x≥x2x\ge x^2, donc la courbe de ff est au-dessus de celle de gg. L'aire est A=∫01(x−x2)dx=[x22−x33]01=16A=\displaystyle\int_0^1\left(x-x^2\right)dx=\left[\dfrac{x^2}2-\dfrac{x^3}3\right]_0^1=\dfrac16 u.a. »

💡 Intersections, position relative, haut −- bas, primitive, crochet, résultat en u.a.

Situation 8 : une fonction de signe variable.

« sin⁡x≥0\sin x\ge0 sur [0 ;π][0\,;\pi] et sin⁡x≤0\sin x\le0 sur [π ;2π][\pi\,;2\pi]. L'aire est A=∫0πsin⁡x dx−∫π2πsin⁡x dx=2+2=4A=\displaystyle\int_0^\pi\sin x\,dx-\int_\pi^{2\pi}\sin x\,dx=2+2=4 u.a. (alors que ∫02πsin⁡x dx=0\displaystyle\int_0^{2\pi}\sin x\,dx=0). »

⚠️ Découpe aux points d'annulation et change le signe des parties négatives.

Situation 9 : une intégration par parties.

« On pose u′(x)=exu'(x)=e^x et v(x)=xv(x)=x. Alors u(x)=exu(x)=e^x et v′(x)=1v'(x)=1. Les fonctions uu et vv sont de classe C1C^1 sur [0 ;1][0\,;1]. Par intégration par parties :

∫01xex dx=[xex]01−∫01ex dx=e−(e−1)=1\displaystyle\int_0^1xe^x\,dx=\Big[xe^x\Big]_0^1-\int_0^1e^x\,dx=e-(e-1)=1. »

💡 Écris u′u', vv, uu, v′v', puis la formule avec son crochet.

Situation 10 : deux intégrations par parties, ou le cas cyclique.

« Une première IPP donne I=−JI=-J. Une seconde donne J=(eπ+1)+IJ=\left(e^\pi+1\right)+I. D'où I=−(eπ+1)−II=-\left(e^\pi+1\right)-I, donc 2I=−(eπ+1)2I=-\left(e^\pi+1\right) et I=−eπ+12I=-\dfrac{e^\pi+1}2. »

💡 Dans le cas cyclique, résous l'équation d'inconnue II.

Situation 11 : une fonction définie par une intégrale.

« La fonction t↦e−t2t\mapsto e^{-t^2} est continue sur R\R. Donc F:x↦∫0xe−t2 dtF:x\mapsto\displaystyle\int_0^xe^{-t^2}\,dt est la primitive de cette fonction qui s'annule en 00. FF est dérivable et F′(x)=e−x2>0F'(x)=e^{-x^2}>0. FF est strictement croissante sur R\R. »

Situation 12 : une suite d'intégrales.

« Pour x∈[1 ;e]x\in[1\,;e], 0≤ln⁡x≤10\le\ln x\le1, donc (ln⁡x)n+1≤(ln⁡x)n(\ln x)^{n+1}\le(\ln x)^n. Par croissance de l'intégrale, In+1≤InI_{n+1}\le I_n : la suite est décroissante. Elle est minorée par 00 : elle converge. »

⚠️ Compare les fonctions sous l'intégrale, puis intègre.

Situation 13 : la méthode des rectangles.

« gg est croissante sur [0 ;1][0\,;1]. Sur chaque intervalle de longueur hh : h g(xk)≤∫g≤h g(xk+1)h\,g(x_k)\le\displaystyle\int g\le h\,g(x_{k+1}). En additionnant : Sg≤A≤SdS_g\le\mathcal A\le S_d. L'amplitude est Sd−Sg=h[g(1)−g(0)]S_d-S_g=h\big[g(1)-g(0)\big]. »

Situation 14 : une équation à solution unique avec une aire.

« AA est dérivable et A′=f>0A'=f>0.

Donc AA est continue et strictement croissante sur [0 ;+∞[[0\,;+\infty[, de 00 à 33.

Comme 2,5∈ ]0 ;3[2{,}5\in\,]0\,;3[, d'après le corollaire du théorème des valeurs intermédiaires, l'équation A(x)=2,5A(x)=2{,}5 admet une unique solution α\alpha. »

2. Avant / après sur le calcul intégral

a) Le calcul d'une intégrale.

❌ « ∫012xx2+1 dx=ln⁡(x2+1)=ln⁡2\displaystyle\int_0^1\dfrac{2x}{x^2+1}\,dx=\ln\left(x^2+1\right)=\ln2. »

✅ « ∫012xx2+1 dx=[ln⁡(x2+1)]01=ln⁡2−ln⁡1=ln⁡2\displaystyle\int_0^1\dfrac{2x}{x^2+1}\,dx=\Big[\ln\left(x^2+1\right)\Big]_0^1=\ln2-\ln1=\ln2. »

La première a oublié le crochet et les bornes : elle ne calcule pas F(1)−F(0)F(1)-F(0).

b) Une aire entre deux courbes.

❌ « A=∫01(x2−x)dx=−16A=\displaystyle\int_0^1\left(x^2-x\right)dx=-\dfrac16, donc A=16A=\dfrac16. »

✅ « Sur [0 ;1][0\,;1], x≥x2x\ge x^2. A=∫01(x−x2)dx=16A=\displaystyle\int_0^1\left(x-x^2\right)dx=\dfrac16 u.a. »

Le premier a soustrait dans le mauvais sens puis pris l'opposé : le signe se justifie avant de calculer.

c) Une intégration par parties.

❌ « ∫xex dx=xex−ex\displaystyle\int xe^x\,dx=xe^x-e^x. »

✅ « On pose u′(x)=exu'(x)=e^x, v(x)=xv(x)=x ; uu, vv sont C1C^1 sur [0 ;1][0\,;1]. ∫01xex dx=[xex]01−∫01ex dx=1\displaystyle\int_0^1xe^x\,dx=\Big[xe^x\Big]_0^1-\int_0^1e^x\,dx=1. »

d) Une aire à convertir.

❌ « A=9A=9. »

✅ « A=9A=9 u.a. Comme 11 u.a. =2 cm×3 cm=6=2\text{ cm}\times3\text{ cm}=6 cm², A=54A=54 cm². »

3. Les erreurs de rédaction propres à ce chapitre

  • Écrire une primitive sans crochet ni bornes.
  • Parler d'aire pour une fonction de signe variable sans découper.
  • Oublier de justifier la position relative de deux courbes.
  • Une IPP sans u′u', vv, uu, v′v' ni régularité.
  • Se tromper de signe devant la nouvelle intégrale dans une IPP.
  • Oublier le facteur 1b−a\dfrac1{b-a} dans la valeur moyenne.
  • Un résultat d'aire sans unité ou sans la conversion demandée.
  • Comparer des intégrales avant d'avoir comparé les fonctions.

4. La check-list du chapitre Calcul intégral

  • J'ai vérifié la continuité et écrit une primitive.
  • J'ai écrit le crochet [F(x)]ab\Big[F(x)\Big]_a^b avant de remplacer.
  • Pour une aire, j'ai justifié le signe ou la position relative, écrit « haut −- bas » et donné le résultat en u.a.
  • Pour une IPP, j'ai posé u′u', vv, uu, v′v' et cité la régularité C1C^1.
  • J'ai nommé les propriétés utilisées (linéarité, Chasles, croissance).
  • Pour une équation à solution unique, j'ai cité le corollaire du TVI avec ses hypothèses.
  • Pour une suite d'intégrales, j'ai suivi le plan : premiers termes, récurrence, positivité, monotonie, limite.
  • Ma conclusion donne la valeur exacte, la valeur approchée et l'unité.

😄 Une intégrale sans crochet, c'est un trajet sans ticket : peut-être arrivé à bon port, mais impossible de le prouver.

Un doute sur ce chapitre ? On en parle ensemble, sans engagement.

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