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Pour chacune des fonctions suivantes, déterminer sa valeur moyenne sur l'intervalle
indiqué et interpréter géométriquement le résultat.
1.
$f:x\mapsto x^2 + 3$ sur $[-2;2]$.
Corrigé
\[\begin{aligned}
&\int_{-2}^2 (x^2+3)\mathrm dx = \left[\dfrac{x^3}3 + 3x\right]_{-2}^{2}&
\\
&=\dfrac{2^3}3 + 3\times 2 - \dfrac{(-2)^3}3 - 3\times (-2)&
\\
&=\dfrac83 + 6 +\dfrac83 +6&
\\
&= \frac{52}3.&
\end{aligned}\]
Donc la valeur moyenne de $f$ sur $[-2;2]$ est:
\[\frac 1{2-(-2)}\int_{-2}^2 f(x)\mathrm dx
=\frac 1 4 \times \frac{52}3 = \frac{13}3.\]
La fonction constante admettant la même intégrale sur $[-2;2]$ que $f$ est $x\mapsto \dfrac{13}3$.
2.
$g:x\mapsto \dfrac{x}{x^2 -3}$ sur $[2;4]$.
Corrigé
Si l'on pose $u(x) = x^2 - 3$, alors $u'(x) = 2x$. On a donc:
\[g(x) = \frac{x}{x^2-3} = \frac 12 \times \frac{2x}{x^2-3} = \frac12 \times \frac{u'(x)}{u(x)}.\]
Sachant que $2 =\sqrt{4}$ donc $2 > \sqrt 3$, $u$ est strictement positive sur $[2;4]$ donc $g$ admet pour primitive
sur cet intervalle:
\[x\mapsto \ln(x^2-3).\]
Donc:
\[\begin{aligned}
\int_{2}^4 g(x)\mathrm dx
&= \big[\ln(x^2 - 3)\big]_{2}^4 &
\\
&=\ln(\mathrm 4^2 - 3) - \ln(\mathrm 2^2-3)&
\\
&= \ln(13) - \ln(1)&
\\
&= \ln(13).&
\end{aligned}\]
La valeur moyenne de $g$ sur $[2;4]$ est donc:
\[\frac1{4-2}\int_2^4g(x)\mathrm dx = \frac 12\ln(13).\]
La fonction constante qui admet la même intégrale que $g$ sur $[2;4]$ est $x\mapsto \dfrac12\ln(13)$.
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