Critères d'intégrabilité Une fonction réglée est intégrable sur un intervalle fermé. En particulier on en déduit que les fonctions continues, continues par morceaux, monotones ou encore à variations bornées sont toutes intégrables sur un intervalle fermé.
Définition : Une fonction localement intégrable sur est une fonction intégrable sur tout intervalle fermé borné contenu dans . Par exemple si I = [ a , + ∞ [ cela signifie que, pour tout , l'intégrale existe ∫ a x f ( t ) d t , ou encore que la fonction F : x ↦ ∫ a x f ( t ) d t est définie sur l'intervalle .
Soit f, une fonction intégrable sur I. Si f est une fonction à valeurs réelles, alors f + et f − sont intégrables sur I. Si f est une fonction à valeurs complexes, alors Re(f ) et Im(f ) sont intégrables sur I.
Théorème concernant les fonctions continues
Si une fonction f f f est définie et continue sur un intervalle [ a ; b ] [a; b ] [a;b] ; alors, pour tout réel k k k compris entre f ( a ) f(a) f(a) et f ( b ) f(b) f(b), il existe au moins un réel c c c compris entre a a a et b b b tel que f ( c ) = k f(c)=k f(c)=k.
Soit I un intervalle de R et f:I→R f : I → R . On dit que f est uniformément continue si ∀ε>0, ∃η>0, ∀(x,y)∈I2, |x−y|<η⟹|f(x)−f(y)|<ε.
Théorème : Soit I un intervalle et f:I→R f : I → R une fonction continue. Alors f admet une primitive sur I . De plus, si a est un point de I , alors la primitive de f sur I qui s'annule en a est la fonction définie pour tout x∈I x ∈ I par F(x)=∫xaf(t)dt. F ( x ) = ∫ a x f ( t ) d t .
On retiendra qu'une intégrale peut être positive ou négative mais qu'une aire, elle, est toujours positive.
Dérivabilité et continuité
La dérivabilité d'une fonction ne se cherche donc qu'en des points où la fonction est déjà continue. La réciproque de cette affirmation est fausse : il existe des fonctions continues en a mais non dérivables en ce point.
La fonction f est dite continue au point a si f(a) est une limite de f en ce point. Si F est séparé (ou même seulement T1) comme tout espace métrisable, il suffit pour cela qu'il existe une limite de f en ce point.
Définition intuitive : Une fonction est continue sur un intervalle, si sa courbe représentative peut se tracer sans lever le crayon. Étudier graphiquement la continuité des fonctions et définies et représentées ci-dessous sur l'intervalle [−2 ; 2].
Définition 4.2.1 - Intégrable au sens de Riemann. Une fonction f : [a, b] → R est dite intégrable au sens de Riemann (on dit aussi Riemann-intégrable sur [a, b]) si, pour tout ε > 0, il existe des fonctions étagées uε et vε ∈ E([a, b]) telles que : (i) uε 6 f 6 vε .
Si f est Riemann- intégrable sur [a, b], alors f est Lebesgue-intégrable sur [a, b], et les deux intégrales sont égales. f(x) = { 1 si x ∈ Q, 0 sinon. Cette fonction est nulle presque partout, donc elle est intégrable d'intégrale nulle au sens de Lebesgue.
est Riemann-intégrable si et seulement si l'ensemble de ses points de discontinuité a une mesure de Lebesgue nulle. L'ensemble des discontinuités peut être de mesure nulle sans être fini ou dénombrable, comme pour la fonction caractéristique de l'ensemble de Cantor, qui n'est donc pas réglée.
les fonctions différentiables définies sur des variétés différentielles à valeurs numériques ou dans d'autres variétés. les fonctions arithmétiques à variable entière et à valeurs complexes. les fonctions booléennes à variables et valeurs dans l'algèbre de Boole.
La fonction linéaire, par exemple f(x)=2x. Elle est toujours de la forme où a est un nombre. La fonction affine, par exemple f(x)=2x+3. Elle est toujours de la forme où a et b sont des nombres.
Qu'appelle-t-on une intégrale impropre ? Si sur un certain intervalle le domaine sous la courbe de la fonction est illimité, alors l'intégrale de sur cet intervalle est dite impropre. C'est le cas si au moins l'une des bornes d'intégration est ou .
Notion de continuité
On dit qu'une fonction f est continue en a si lim(x→a) f(x)= f(a). On dit qu'une fonction f est continue sur un intervalle I si pour tout x_0∈I lim(x→x0)f(x) = f(x0). Une fonction continue est une fonction que l'on peut dessiner « sans lever le crayon ».
a) La fonction f admet une limite en x0 (c'est-`a-dire, f est continue en x0) si et seulement si elle admet f(x0) comme limite `a droite et `a gauche en x0. b) Si f admet des limites distinctes `a droite et `a gauche en x0, alors f n'admet pas de limite en x0.
On dit qu'une fonction est continue sur un intervalle si elle est continue en tout point de l'intervalle. Aux extrémités de l'intervalle, il faut comprendre continue par continue à droite ou continue à gauche.
La fonction f:I→R f : I → R est dérivable en a∈I a ∈ I si le taux d'accroissement f(x)−f(a)x−a f ( x ) − f ( a ) x − a admet une limite quand x tend vers a .
Il s'agit en fait d'une propriété générale : une fonction n'est pas dérivable aux points où elle n'est pas continue.
La dérivée k-i`eme se note f(k) et on a f(k) = (f(k−1)) . On dit que f est indéfiniment dérivable si f est k-dérivable pour tout k. On dit que f est de classe Ck si f(k) existe et est continue.
Théorème (théorème fondamental du calcul intégral) : Si f est une fonction continue et positive sur [a,b] , alors la fonction F définie sur [a,b] par F(x)=∫xaf(t)dt F ( x ) = ∫ a x f ( t ) d t est dérivable sur [a,b] , et a pour dérivée f .
Dans le cas des fonctions négatives, l'intégrale vaut bien l'aire entre la courbe et l'axe des abscisses, mais avec un signe négatif devant. Une aire reste toujours positive alors qu'une intégrale d'une fonction négative est négative.
Intégrale et primitives
L'intégrale de la fonction nulle est nulle sur tout intervalle inclus dans l'ensemble des réels ; les primitives de la fonction nulle (sur ℝ) sont donc les fonctions constantes.