TD — Compléments d’analyse : Intégrales généralisées
Chapitre 08
ECT2 (2e année) — TD du Chapitre 08. Intégrales sur [a, +\infty[, fonctions continues par morceaux, critères de convergence.
Exercice 1
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t^2}
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t}
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t^3}
- \displaystyle\int_0^1 \frac{dt}{\sqrt{t}}
- \displaystyle\int_0^1 \frac{dt}{t}
Exercice 2
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t^2 + 1}
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t^2 + t + 1}
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{dt}{t^2 + \sqrt{t}}
Exercice 3
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} e^{-t}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} t e^{-t}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} t^2 e^{-t}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} t^n e^{-t}\, dt pour n \in \mathbb{N}
Exercice 4
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\ln t}{t^2}\, dt
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\ln t}{t}\, dt
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\ln t}{t^3}\, dt
Exercice 5
Étudier la convergence absolue des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\sin t}{t^2}\, dt
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\sin t}{t}\, dt
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\cos t}{t^2}\, dt
Exercice 6
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{1 + t^2}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{1 + t^3}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{1 + t}
Exercice 7
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t)^2}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t)^3}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t)^{3/2}}
Exercice 8
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{1 - \cos t}{t^2}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{1 - e^{-t}}{t}\, dt
Indication : Pour (1), montrer que \frac{1-\cos t}{t^2} \sim \frac{1}{2} quand t \to 0 et \frac{1-\cos t}{t^2} \leq \frac{2}{t^2} quand t \to +\infty.
Exercice 9
Calculer les intégrales suivantes si elles convergent :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t)^2}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{(1+t)^3}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{t\, dt}{(1+t)^3}
Exercice 10
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{\sin t}{t^2}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{\sin t}{t^3}\, dt
Indication : Pour (1), étudier la convergence en 0 et en +\infty séparément. Pour (2), montrer que \frac{\sin t}{t^3} \sim \frac{1}{t^2} quand t \to 0 et \frac{|\sin t|}{t^3} \leq \frac{1}{t^3} quand t \to +\infty.
Exercice 11
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\cos t}{t}\, dt
- \displaystyle\int_1^{+\infty} \frac{\cos t}{t^2}\, dt
Indication : Pour (1), utiliser une intégration par parties. Pour (2), utiliser le fait que |\cos t| \leq 1.
Exercice 12
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{\sqrt{t}(1+t)}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{\sqrt{t}(1+t^2)}
Indication : Étudier la convergence en 0 et en +\infty séparément.
Exercice 13
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{e^{-t}}{\sqrt{t}}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{e^{-t}}{t}\, dt
Indication : Pour (1), montrer que \frac{e^{-t}}{\sqrt{t}} \sim \frac{1}{\sqrt{t}} quand t \to 0 et \frac{e^{-t}}{\sqrt{t}} \leq e^{-t} quand t \to +\infty. Pour (2), montrer que \frac{e^{-t}}{t} \sim \frac{1}{t} quand t \to 0.
Exercice 14
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{\sin t}{t^2}\, dt
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{\sin^2 t}{t^2}\, dt
Exercice 15
Étudier la convergence des intégrales suivantes :
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{t^2 + t + 1}
- \displaystyle\int_0^{+\infty} \frac{dt}{t^2 + 2t + 2}