Majoration d'une intégrale
Soit $g \in \mathscr{C}^3([0,2],\mathbf{R})$ telle que $g(0)=g(1)=g(2)=0$.
1) Montrer que $\forall x \in [0,2]$, $\exists c \in [0,2]$, $g(x) = \frac{1}{6}x(x-1)(x-2)g^{(3)}(c)$.
2) Montrer que $\int_0^2 |g(x)| \,\mathrm{d}x \le \frac{1}{12}\|g^{(3)}\|_{\infty}$
3) Montrer que $\left|\int_0^2 g(x) \,\mathrm{d}x \right| \le \frac{1}{24} \left[\sup \left(g^{(3)}\right) - \inf \left(g^{(3)}\right) \right]$
1) Montrer que $\forall x \in [0,2]$, $\exists c \in [0,2]$, $g(x) = \frac{1}{6}x(x-1)(x-2)g^{(3)}(c)$.
2) Montrer que $\int_0^2 |g(x)| \,\mathrm{d}x \le \frac{1}{12}\|g^{(3)}\|_{\infty}$
3) Montrer que $\left|\int_0^2 g(x) \,\mathrm{d}x \right| \le \frac{1}{24} \left[\sup \left(g^{(3)}\right) - \inf \left(g^{(3)}\right) \right]$
1) ok. On utilise Rolle
2) Conséquence du 1)
3) Je ne vois pas. Auriez-vous une indication ?
Merci.
2) Conséquence du 1)
3) Je ne vois pas. Auriez-vous une indication ?
Merci.
Réponses
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C'est une histoire de contrôle de l'erreur commise par utilisation de la méthode du point médian.
Tu peux adapter à ta situation la démo de wikipedia, voire essayer de la retrouver par toi-même en regardant juste le début ou l'idée générale.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Méthode_du_point_médian -
Bonjour
C'est quoi ce truc $\|g^{(3)}(c)\|_{\infty}$Lorsque notre cher Nico, le professeur, intervient dans une question d'analyse, c'est une véritable joie pour les lecteurs.. -
Une erreur de frappe : il s'agit de la norme infinie de $g^{(3)}$.
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Exact. J'ai corrigé la faute de frappe.
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Le 3) est aussi une conséquence du 1) en faisant cette fois-ci des encadrements et en coupant l'intégrale en deux au point 1.
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Salut,
On peut aussi utiliser l'inégalité du 2) avec la fonction $h:x\mapsto g(x)-\lambda x(x\!-\!1)(x\!-\!2)$ qui vérifie elle aussi les hypothèses (et un $\lambda$ bien choisi) :
$\displaystyle\bigg|\int_0^2\!\!g(t)\,dt\bigg|=\bigg|\int_0^2\!\!h(t)\,dt\bigg|\leqslant\int_0^2\!\!|h(t)|\,dt\leqslant\frac{1}{12}\|h^{(3)}\|_\infty=\cdots$ -
OK merci pour toutes vos idées.
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Zorg, peux-tu nous rédiger l'une des 3 méthodes ou au mieux les 3.
Lorsque notre cher Nico, le professeur, intervient dans une question d'analyse, c'est une véritable joie pour les lecteurs.. -
Je n'en ai rédigé qu'une seule en fait. Celle de @bisam.
On note $p(x) = \frac{1}{6}x(x-1)(x-2)$.
Par la relation de Chasles et la première question, on a
\[\int_0^2 g(x)\,\mathrm{d}x = \int_0^1 g(x)\,\mathrm{d}x + \int_1^2 g(x)\,\mathrm{d}x = \underbrace{\int_0^1 p(x)g^{(3)}(c_x)\,\mathrm{d}x}_{:=I_1} + \underbrace{\int_1^2 p(x)g^{(3)}(c_x)\,\mathrm{d}x}_{:=I_2}\]
Posons $s := \sup\left(g^{(3)}\right)$ et $i:=\inf\left(g^{(3)}\right)$. Pour tout $x \in [0,2]$, on a l'encadrement $i \le g(c_x) \le s$.Sur l'intervalle $[0,1]$, $p(x) \ge 0$ de sorte que $ip(x) \le p(x)g(c_x) \le sp(x)$ puis par croissance de l'intégrale :
\[i \int_0^1p(x)\,\mathrm{d}x \le I_1 \le s \int_0^1p(x)\,\mathrm{d}x \Rightarrow \frac{1}{24}i \le I_1 \le \frac{1}{24}s\]
Sur l'intervalle $[1,2]$, $p(x) \le 0$ de sorte que $sp(x) \le p(x)g(c_x) \le ip(x)$ puis par croissance de l'intégrale :
\[s \int_1^2p(x)\,\mathrm{d}x \le I_2 \le s \int_1^2p(x)\,\mathrm{d}x \Rightarrow -\frac{1}{24}s \le I_2 \le -\frac{1}{24}i\]
On en déduit par somme que
\[-\frac{1}{24}(s-i) \le \int_0^2 g(x)\,\mathrm{d}x \le \frac{1}{24}(s-i)\]
On a donc montré que
\[\left|\int_0^2 g(x)\,\mathrm{d}x\right| \le \frac{1}{24}(s-i)\]PS: on peut montrer que la fonction $x \mapsto g^{(3)}(c_x)$ est continue de sorte que les intégrales $I_1$ et $I_2$ sont bien définies.
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Où sont les coquilles ? Merci.
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regarde ton I_1 et I_2, ne vois-tu rien de louche ?Lorsque notre cher Nico, le professeur, intervient dans une question d'analyse, c'est une véritable joie pour les lecteurs..
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Ah oui en effet. Je corrige.
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Je colle ici un papier de Daniel Perrin.Comme d’habitude : pédagogie, clarté, etc.C’est dans le sujet il me semble.« https://www.imo.universite-paris-saclay.fr/~daniel.perrin/CAPES/analyse/intégrales-équa-diff/calcul-approche-d'integrale.pdf »
désolé, je ne sais plus pourquoi certains copier-coller fonctionnent et pas d’autres.Ce lien ne fonctionne pas.J’ai saisi dans Google « daniel perrin approximation integrale » et c’était mon second lien. -
Bonjour @Dom J'ai téléchargé ton document, mais comment l'utiliser d'après l'indication de Jlapin. Je ne le vois pasLorsque notre cher Nico, le professeur, intervient dans une question d'analyse, c'est une véritable joie pour les lecteurs..
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D'autant que pour la méthode du point médian, l'erreur est majorée par $\|g^{(2)}\|_{\infty}$ alors que notre majorant est en rapport avec $\|g^{(3)}\|_{\infty}$.
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Non, mon idée ne fonctionne pas : ce que demande de montrer l'énoncé est un peu plus fort que l'approximation classique du point médian.
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MerciLorsque notre cher Nico, le professeur, intervient dans une question d'analyse, c'est une véritable joie pour les lecteurs..
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