6.1 Comparer deux intégrales
Propriété. Si a≤b et si f≤g sur [a;b], avec f et g continues, alors
∫abf(x)dx≤∫abg(x)dx.
Démonstration. g−f≥0 sur [a;b], donc ∫ab(g−f)≥0 par positivité. Par linéarité, ∫abg−∫abf≥0.
6.2 Encadrer par des constantes
Conséquence. Si m≤f(x)≤M pour tout x de [a;b], avec a≤b, alors
m(b−a)≤∫abf(x)dx≤M(b−a).
Sur le dessin, pour f positive, le domaine est coincé entre deux rectangles.
Exemple 27. Soit I=∫121+x31dx. La fonction f:x↦1+x31 est décroissante sur [1;2], avec f(1)=21 et f(2)=91. Donc 91≤f(x)≤21. Le segment a pour longueur 1 : 91≤I≤21.
6.3 Encadrer par des fonctions
On peut aussi comparer à une fonction que l'on sait intégrer. C'est la capacité « majorer ou minorer une intégrale à partir d'une majoration ou d'une minoration de la fonction ».
Exemple 28. Soit I=∫01e−x2dx. Sur [0;1], x2≤x, donc −x≤−x2. La fonction exponentielle est croissante : e−x≤e−x2≤1. On intègre :
∫01e−xdx=[−e−x]01=1−e1,donc1−e1≤I≤1.
Soit environ 0,63≤I≤1. La leçon 11 donnera I≈0,747.
Exemple 29 (une inégalité sur ln). Pour t≥1, t21≤t1≤1. Soit x≥1. On intègre de 1 à x :
1−x1≤lnx≤x−1.
6.4 Estimer sur une grille
Sans formule, on peut lire un encadrement sur un quadrillage dont chaque carreau a pour aire 1 u.a. : on compte les carreaux entièrement sous la courbe, puis on ajoute ceux que la courbe traverse.
Exemple 30. Pour f(x)=2x2+1 sur [0;3], on compte 5 carreaux sous la courbe, et 11 avec ceux qu'elle traverse. Donc 5≤∫03f(x)dx≤11. Le calcul exact donne [6x3+x]03=7,5.