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Fin 

révisions fonctions-intégrales : la formule de Wallis

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Envoyé: 12.08.2009, 15:47

Constellation
samie

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Bonjour, tout le monde!!!

je refais mes exos de cette année et y en a quelques uns que je bute et je ne comprends rien icon_mad
j'espère que vous pourrez m'aider

Enoncé

On pose, pour entier naturel n

I_n = \int_0^{\pi/2} \, \sin^n x \text{d} x


1. A l’aide d’une intégration par partie, montrer pour n strictement supérieur à 2 que

I_n = \frac{n-1}n  \times I_{n-2}

(on pourra poser u(x)= sinn-1 x)

2. Calculer I0 et I1, puis montrer par récurrence que si n ≥1 on a

I_{2n} =  \frac{1\times3\times5\times\cdots\times(2n-1)}{2\times4\times6\times\cdots\times(2n)} \times \frac{\pi}2


et pour n ≥ 1 on a

I_{2n+1} =  \frac{2\times4\times6\times\cdots\times(2n)}{1\times3\times5\times\cdots\times(2n-1)}\times\frac1{2n+1}


3.a) De l’égalité
I_n= \int_0^{\pi/2} \sin^n x \text{d}x,

montrer que In - In+1 est l’intégrale d’une fonction positive.

En déduire que la suite(In) est décroissante.

b) Etablir que In est strictement compris entre (n-1)/n In-1 et In-1

(on pourra utiliser 1).

Comparer In-2 et In-1.

c) Montrer alors que

\lim \frac{I_{2n+1}}{I_{2n}} = 1


d) Etablir la formule de Wallis :

\lim_{n\to+\infty} \, \left(\frac{2\times4\times6\times\cdots\times(2n)}{1\times3\times5\times\cdots\times(2(n-1)}\right)^2 \times \frac1{2n+1} = \frac{\pi}2


Merci d'avance

NdZ : re-travail du code... quel bazar ! mais au moins c'est plus lisible.

modifié par : Zauctore, 14 Août 2009 - 13:55
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Envoyé: 12.08.2009, 16:06

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kanial

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Salut samie,

Qu'as-tu fait pour le moment ? Vois-tu comment réaliser l'intégration par partie ?


L'unique différence entre un fou et moi, c'est que moi je ne suis pas fou. [Dali]
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Envoyé: 12.08.2009, 17:36

Constellation
samie

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je n'ai encore rien fait car je n'y arrive pas dès la 1ère question :
oui je me souviens de l'intégration par partie mais j'ai juste un problème avec sin²x, je ne sais pas comment dériver ça!
est ce que sinnx=(1+cos2n)/2?


Ps: merci d'avoir modifié le message : c'est beaucoup plus jolie

modifié par : samie, 12 Août 2009 - 17:45
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Envoyé: 12.08.2009, 17:45

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kanial

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pourquoi sin²(x) ? Ici d'après l'indication on pose u(x)=sinn-1(x), et donc v'(x)=... ?
Ensuite il faut dériver u(x)=sinn-1(x), pour ce faire il faut se souvenir de la dérivation de fonctions composées : ici, si tu poses f(x)=sin(x) et g(x)=xn-1, tu as u(x)=g(f(x)) que tu peux alors dériver grâce à la formule de dérivation des fonctions composées...
Il faudra ensuite que tu intègres v' pour pouvoir utiliser la formule d'intégration par partie !


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Envoyé: 12.08.2009, 17:48

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samie

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pourquoi on pose u(x)= sinn-1 et non pas sinn?
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Envoyé: 12.08.2009, 18:05

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samie

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v'(x)=x et v(x)=1/2 x²
est ce que u'(x)=g'(f'(x))?
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Envoyé: 12.08.2009, 18:48

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samie
v'(x)=x et v(x)=1/2 x²
est ce que u'(x)=g'(f'(x))?


non c'est pas le bon v'(x)
regarde bien ,il faut avoir In=∫sinn-1(x)×v'(x)dx
donc v'(x)=...
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Envoyé: 12.08.2009, 23:49

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Bonjour

Il faut juste savoir que

 \text{sin}^n(x)\,=\, \left ( \text{sin}(x)\\right)^n\,=\,(\text{sin}(x))^{n-1} \, \times \,   \,  \text{sin}(x)

Et en posant u(x) = sinn-1 (x) et v '(x) = sin(x)

on a bien \text{sin}^n(x)\,=\,u(x)\,v'(x)

et on peut faire une intégration par partie que je te laisse faire

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Envoyé: 12.08.2009, 23:57

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Zorro
Bonjour

Il faut juste savoir que

 \text{sin}^n(x)\,=\, \left ( \text{sin}(x)\\right)^n\,=\,(\text{sin}(x))^{n-1} \, \times \,   \,  \text{sin}(x)

Et en posant u(x) = sinn-1 (x) et v '(x) = sin(x)

on a bien \text{sin}^n(x)\,=\,u(x)\,v'(x)

et on peut faire une intégration par partie que je te laisse faire



Merci Zorro d'avoir répondu à la place de samie qui devait normalement le savoir vu qu'elle a deja fait l'exo (vu que c'est un exo de revision)
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Envoyé: 13.08.2009, 09:57

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A première vue , samie avait oublié les règles sur les puissances ! Un petit rappel du cours de 4ème ne fait de mal à personne !
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Envoyé: 13.08.2009, 11:44

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samie

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merci, c'est sympa de m'avoir aidé ! je viens de comprendre ("mieux vaut tard que jamais")
'cet exo on l'a fait en contrôle,et ce n'est pas la peine que je vous dise que pour moi ce fut la catastrophe )
intégration pas parties:
posons u(x)=sinn-1 (x) u'(x)=1/n*cosn-1
v'(x)=sin(x) v(x)=-cos(x)
u et v sons dérivables sur [0;π/2] et u' et v' sont continues sur [0; π/2]
In=∫0π/2sin-nx dx=[sinn-1(x)*-cos(x)]0π/2-∫0π/21/n*cosn-1(x)*-cos(x)
=0-1/n[-1/n sinn-1(x)-sin(x)]0π/2
=1/n*(1/n)
je pense que j'ai loupé une étape car ce n'est pas le bon résultat?
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Envoyé: 13.08.2009, 12:01

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Normal que ton résultat soit faux , u'(x) c'est faux !

Quelle est la dérivée de (w)n ?
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Envoyé: 13.08.2009, 12:58

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samie

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nw'(x)n-1
ncosn-1(x) ,?
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Envoyé: 13.08.2009, 13:12

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Ah que non ! Il faut reprendre tes cours !
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Envoyé: 13.08.2009, 15:00

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samie

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c'est pour ça que je retape!! mais c'est pas une raison pour que je n'y arrive pas:
=nw(x)n-1
c'est ce qui est écrit dans mon cour!
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Envoyé: 13.08.2009, 15:20

Constellation


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samie
c'est pour ça que je retape!! mais c'est pas une raison pour que je n'y arrive pas:
=nw(x)n-1
c'est ce qui est écrit dans mon cour!


revois bien les dérivées de composées de fonctions
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Envoyé: 13.08.2009, 17:43

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kanial

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Bon reprenons, je te donne la formule, je te laisse l'appliquer et la retenir le mieux possible (il faut que tu la connaisses) :
La dérivée de (w)n est n*(w')*wn-1 (il s'agit en fait de la dérivée de :x->g(w(x)) où g(x)=xn, cette dérivée étant, d'après les formules de dérivation de fonctions composées : (w')*g'(w), ce qui te donne bien la formule précédente...)


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Envoyé: 13.08.2009, 21:33

Constellation
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merci de m'aider
j'essaye la dérivée:
u'(x)= (n-1)cos^(n-1)*sin^(n-2)?
Top 
Envoyé: 13.08.2009, 22:49

Constellation


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samie
merci de m'aider
j'essaye la dérivée:
u'(x)= (n-1)cos^(n-1)*sin^(n-2)?

non

u(x)= \sin^{n-1} (x)

donc

u'(x)= (n-1) \times \sin^{n-2} (x) \times \cos (x)

NdZ : lorsqu'il y a des symboles, exposants, dérivées (voire indices, intégrales...) c'est tout de même plus lisible en LaTeX, non ?

modifié par : Zauctore, 14 Août 2009 - 13:52
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Envoyé: 13.08.2009, 22:53

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samie
merci de m'aider
j'essaye la dérivée:
u'(x)= (n-1)cos^(n-1)*sin^(n-2)?


non u(x)= sinn-1(x)
donc u'(x)= (n-1)*sinn-2(x)*cos(x)



tu sais pourquoi c'est le bon u'(x) ça ?
réponse:
parceque la dérivée de (f(x))n est n*(f(x))n-1×f'(x)

Apprend cette formule par coeur, elle revient très souvent!!!
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Envoyé: 14.08.2009, 11:46

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d'accord merci bien, je l'ai copié et recopié donc maintenant je pense que je la connais!
je recommence mon intégration par parties :
posons u(x)=sinn-1(x) u'(x)=(n-1)sinn-2(x)cos(x)
v'(x)=sin(x) v(x)=-cos(x)
0π/2sinnx dx= [sinn-1(x)*(-cos(x))]0π/2 -∫0 π/2-cos(x)(n-1)sinn-2(x)cos(x)(n-1)sinn-2(x)cos(x)
=0-[-sin(x)(n-1)(-cosn-2(x))sin(x)]0π/2
est ce que c'est bon jusque là?
Top 
Envoyé: 14.08.2009, 13:54

Constellation


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samie
d'accord merci bien, je l'ai copié et recopié donc maintenant je pense que je la connais!
je recommence mon intégration par parties :
posons u(x)=sinn-1(x) u'(x)=(n-1)sinn-2(x)cos(x)
v'(x)=sin(x) v(x)=-cos(x)
0π/2sinnx dx= [sinn-1(x)*(-cos(x))]0π/2 -∫0 π/2-cos(x)(n-1)sinn-2(x)cos(x)(n-1)sinn-2(x)cos(x)
=0-[-sin(x)(n-1)(-cosn-2(x))sin(x)]0π/2
est ce que c'est bon jusque là?


non la deuxieme integrale est fausse c'est ∫uv' car ∫u'v = [uv] -∫uv'
Top 
Envoyé: 14.08.2009, 22:24

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samie

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∫sinn-1(x)*sin(x)=[sinn-1(x)*(-cos(x)]-∫(n-1)sinn-2(x)cos(x)(-cos(x))
c'est mieux?
Top 
Envoyé: 14.08.2009, 23:06

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Oui ça c'est juste (à part qu'il manque les dx et les bornes d'intégrations...), il te reste à transformer un peu ça : tu peux déjà calculer ce qu'il y a entre crochet, puis pour ce qu'il y a sous l'intégrale, il faudrait pouvoir se ramener à In-2, d'après l'énoncé, ça y ressemble un peu mais il y a un cos²(x) qui est un peu gênant, vois-tu comment procéder pour t'en débarasser ?


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Envoyé: 15.08.2009, 00:11

Constellation


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bon il reste à réecrire au propre (avec les bornes des intégrales
sachant que tu as deja trouver que le calcul de ce qu'il y a entre les crochets pris entre 0 et Pi/2 est nul)

donc tu obtient quoi pour le moment?
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 10:28

Constellation
samie

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merci^^
= 0+∫0π/2sinn-2(x)cos²(x)
je ne sais pas comment faire pour me débarasser de cos²x mais je sais que cos²(x)=(1+cos2x)/2 je ne sais pas si ça un rapport?
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 12:47

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MIEUX VAUT UTILISER UNE AUTRE FORMULE AVEC cos2x et sin2x
tu en connais une ?

mais avant il fut que tu réecrives ce que tu as ecris car c'est incomplet

on a bien In= (n-1) ∫sinn-2(x) × cos2(x)






modifié par : Prof_maths31, 15 Août 2009 - 13:29
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 14:11

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samie

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je connais que ça cos²x+sin²x=1

j'ai une petite question: quand on arrive à cette 2ème intégrale, lorsque l'on l'a met en crochets, faut il lui chercher une primitive?
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 14:37

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kanial

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Citation
je connais que ça cos²x+sin²x=1

Oui et c'est une formule très intéressante ici !

Quant à l'intégrale, je ne vois pas trop ce que tu veux dire par "lorsqu'on la met sous crochet", mais en tout cas chercher une primitive n'est pas une bonne idée, parce que vu l'allure de la fonction tu auras beaucoup de difficulté à trouver une primitive simple !

modifié par : kanial, 15 Août 2009 - 14:37


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Envoyé: 15.08.2009, 15:59

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sinn-2(x)=sinn-4sin²(x)
sin²(x)=1/sinn-2(x)
non?
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 16:56

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et bien réecrit simplement In ci-dessous en écrivant cos2(x)= 1-sin2(x)

In= (n-1) ∫(sin n-2(x) × cos2(x))dx
donc In=...

Top 
Envoyé: 15.08.2009, 17:01

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ah ok j'étais dans les chouxx!
In=(n-1)∫0π/2(sinn-2(x)*(1-sin²(x))dx
=(n-1)∫sinn-2(x) - sin²(x) dx
=(n-1)∫1 dx
Top 
Envoyé: 15.08.2009, 19:34

Constellation


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samie
ah ok j'étais dans les chouxx!
In=(n-1)∫0π/2(sinn-2(x)*(1-sin²(x))dx
=(n-1)∫sinn-2(x) - sin²(x) dx
=(n-1)∫1 dx


tu as faux a partir de la 2ème ligne

recalcule sachant que sinn-2(x) × sin2(x)=sinn(x)

(je te conseille de revoir le calcul de puissance)
Top 
Envoyé: 16.08.2009, 15:17

Constellation
samie

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oui je viens de revoir les règles de puissances:

In=(n-1) ∫n-2(x) - sinn(x)
est ce que c'est bon cette fois ci?

modifié par : samie, 16 Août 2009 - 15:18
Top 
Envoyé: 16.08.2009, 18:17

Constellation


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relis ce que ta ecris
c'est pas bon
Top 
Envoyé: 16.08.2009, 18:42

Constellation
samie

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toujours pas icon_frown
In=(n-1)∫sinn(x)(1/sin²(x)-1)
comme ça?
Top 
Envoyé: 17.08.2009, 18:51

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kanial

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Non, mais je pense que tu avais voulu écrire le bon résultat quand tu écrivais :
Citation
In=(n-1) ∫n-2(x) - sinn(x)

sauf qu'il y a un sinus qui a du disparaître... Je te laisse corriger !


L'unique différence entre un fou et moi, c'est que moi je ne suis pas fou. [Dali]
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Envoyé: 17.08.2009, 19:00

Constellation
samie

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oups sorry:

In=(n-1)∫0π/2sinn-2(x)-sinn(x) dx
comme cela?
Top 
Envoyé: 17.08.2009, 19:08

Modérateur
kanial

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voilà ! ça c'est beaucoup mieux :)
Qu'est-ce tu pourrais en faire maintenant de cette intégrale ?, est-ce qu'elle ne ressemble pas un peu à quelque chose d'autre ?


L'unique différence entre un fou et moi, c'est que moi je ne suis pas fou. [Dali]
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Envoyé: 17.08.2009, 19:20

Constellation
samie

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je trouve que ça ne ressemble pas à la conclusion, peut-être qu'il faut l'intégrer?
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