Devoir Libre 2 S2 – 2ème Bac Sc. Physiques

Devoir Libre N°2 – Semestre 2

Calcul Intégral & Équations Différentielles

Mathématiques

Niveau : 2ème Année Bac Sciences Physiques

Nom : …………………………………… Classe : ………… Note : …….. / 20
Exercice 1 : Calcul d’intégrales (5 points)

Calculer les intégrales suivantes en justifiant la méthode utilisée :

  1. \(I_1 = \int_{0}^{1} (3x^2 – 2x + 1) \, dx\)
  2. \(I_2 = \int_{1}^{e} \frac{\ln(x)}{x} \, dx\)
  3. \(I_3 = \int_{0}^{\pi} x \sin(x) \, dx\) (Utiliser une intégration par parties)
  4. \(I_4 = \int_{0}^{1} \frac{e^x}{e^x + 1} \, dx\)
  5. \(I_5 = \int_{1}^{2} \frac{1}{x(x+1)} \, dx\) (Remarquer que \(\frac{1}{x(x+1)} = \frac{1}{x} – \frac{1}{x+1}\))
Exercice 2 : Équations Différentielles (5 points)
  1. Résoudre l’équation différentielle \((E_1) : y’ + 2y = 0\).
    Déterminer la solution \(f\) de \((E_1)\) telle que \(f(0) = 3\).
  2. Résoudre l’équation différentielle \((E_2) : y » – 3y’ + 2y = 0\).
    Déterminer la solution \(g\) de \((E_2)\) telle que \(g(0) = 1\) et \(g'(0) = 0\).
  3. Résoudre l’équation différentielle \((E_3) : y » + 9y = 0\).
Exercice 3 : Application du calcul intégral – Aires (5 points)

Soit \(f\) la fonction définie sur \(\mathbb{R}\) par \(f(x) = e^x – x – 1\).

  1. Étudier les variations de \(f\) sur \(\mathbb{R}\) et montrer que \(f(x) \geq 0\) pour tout \(x \in \mathbb{R}\).
  2. Calculer l’aire \(\mathcal{A}\) du domaine délimité par la courbe \((C_f)\), l’axe des abscisses et les droites d’équations \(x = 0\) et \(x = 1\).
  3. On considère la fonction \(g(x) = e^x\). Calculer l’aire du domaine compris entre les courbes \((C_f)\) et \((C_g)\) sur l’intervalle \([0, 2]\).
Exercice 4 : Problème de synthèse (5 points)

On considère la suite \((I_n)_{n \in \mathbb{N}}\) définie par : \(I_n = \int_{0}^{1} x^n e^{-x} \, dx\).

  1. Calculer \(I_0\).
  2. Montrer que pour tout \(n \in \mathbb{N}\), \(I_n \geq 0\).
  3. En utilisant une intégration par parties, montrer que : \[ I_{n+1} = (n+1)I_n – \frac{1}{e} \]
  4. En déduire la valeur de \(I_1\).
  5. Montrer que la suite \((I_n)\) est décroissante. Est-elle convergente ?

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