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Niveau Maths sup
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Intégrale double

Posté par
farida
12-04-11 à 19:41

salut
j aimerais bien etre éclairéé sur une question sur les integrales doubles car je commencer ce cours !
soit l ensemble D tel que D : x² + y² <=1 et x²+y²-2x <= 0
faut calculer l aire .

L'ensemble D est donc l'intersection de l interieur du cercle unité ,bord compris,avec l'interieur du cercle de centre ( 1,0) et de rayon 1, bord compris .

alors , en coordonnées polaire :
la condition x² + y² <=1 se traduit par r<1
et la condition x²+y²-2x <= 0 se traduit par r< 2cos(teta)
ma question est la suivante : quel encadrement de r faut prendre ?? par exemple si je prends r <1 j obtiens 0<r<1 et donc teta appartient à [-pi/2, pi/2] (comme cos (teta)>0 )
et si je prends r < 2 cos (teta) j obtiens r <1 < 2 cos (teta)
avec teta appartient à l intervalle [-pi/2, pi/2] ? ce raisonnement est correct???

Posté par
lazouil
re : Intégrale double 12-04-11 à 21:41

Bonsoir,
Je suis pas certain de pouvoir t'aider, car je ne sais plus comment on fait avec cette méthode.
En revanche, j'ai  un peu planché dessus et j'ai obtenu un résultat, ca pourra te servir à (si mes calculs sont bons ^^)
alors voilà,
Soit A l'aire du domaine D= {(x,y)R2 | x2+y2≤ 1 & (x-1)2+y2≤1 }

on a A = 2 Aire(D')
   avec : D' = {(x,y)R2 | x2+y2≤ 1 & (x-1)2+y2≤1 & y≥0 }

(par symétrie par rapport à l'axe des abscisses du domaine D)

puis A = 4 Aire(D'')
     avec : D" = {(x,y)R2 | x2+y2≤ 1 & (x-1)2+y2≤1 & y≥0 & x≥ 1/2 }

(par symétrie par rapport à la droite d'équation x=1/2)

une foi ces remarques faites, on considère C : x (1-x2)
dont le support sur [0.5,1] est le "huitième" de cercle unité ( pour [0,/3] en polaires ... )

(Là on comprend l'importance des petits schémas... )

L'aire sous la courbe représentative de C sur [0.5,1] nous donne 1/4*A ...

 A = 4 . \int_{\frac{1}{2}}^1C(t)dt
    =4 . \int_{\frac{1}{2}}^1(1-t^2)^{\frac{1}{2}}dt

On effectue un changement de variable de classe C1 : \{{t=sin(u)\atop dt=cos(u)du}
puis on linéarise pour calculer l'intégrale :  cos^2(u) = \frac{1-cos(2u)}{2}

Ce qui nous donne :

 A = 4 . \int_{\frac{pi}{3}}^{\frac{pi}{2}}(\frac{1}{2}-\frac{cos(2u)}{2})du
    = \frac{pi}{3} +(\frac{3}{4})^{\frac{1}{2}}  (ceci exprimé en unité d'aire ...)

Si je n'ai pas fait d'erreurs de calculs ou de raisonnement ...

Voilà, bonne soirée & bon courage.

Posté par
lazouil
re : Intégrale double 12-04-11 à 21:42

Correction :
il manque un bout de phrase -> "ca pourra te servir à vérifier tes résultats" *.

bonne soirée & bon courage.

Posté par
farida
re : Intégrale double 14-04-11 à 13:47

Merci bcp j ai bien compris mnt !

Posté par
jver
re : Intégrale double 14-04-11 à 14:27

Si on veut absolument mettre des intégrales doubles!

On a deux cercles de rayons 1, de centres A et B (sur la figure) qui se coupent en C. La moitié de l'aire commune est donc constituée d'un triangle équilatéral de côté 1 et d'aire \frac{\sqrt{3}}{4} et de deux petites "lunules" (en rouge) d'aires \frac{\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{4}.
L'aire de l'intersection est donc: 2[\frac{\sqrt{3}}{4}+2(\frac{\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{4})]=\frac{4\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{2}

Intégrale double

Posté par
farida
re : Intégrale double 14-04-11 à 17:26

Merci Lazouil ,j ai aimé ton raisonnement ,il faut juste mettre pi/6  au lieu de pi/3
Merci bcp Jver mais je ne comprends pas bien tes calculs S : !
ca m'a fait énormement plaisir de recevoir vos réponses (:

Posté par
jver
re : Intégrale double 14-04-11 à 18:07

L'aire de la lunule est la différence entre l'aire d'un sixième du cercle de rayon 1, soit \pi/6  - et non  \pi/3 comme je l'ai indiqué par erreur-  et le triangle équilatéral de côté 1, \frac{\sqrt{3}}{4}.
Donc, l'aire de la lunule est \frac{\pi}{6}-\frac{\sqrt{3}}{4}.

L'aire totale est  constituée de deux triangles équilatéraux et quatre lunules, soit \frac{2\pi}{3}-\frac{\sqrt{3}}{2}

Si le problème est un problème de calcul intégral, fais tes intégrales; si le problème est un calcul de surface, la géométrie est beaucoup plus rapide. Mais les résultats devraient être identiques, ce qui ne paraît pas le cas!

Posté par
farida
re : Intégrale double 14-04-11 à 19:58

parfait ! je comprends bien mnt merci bcp Jver  (:

Posté par
farida
re : Intégrale double 16-04-11 à 15:34

en utilisant les deux méthodes les résultats ne sont pas identiques !! en utilisant la première méthode de Lazouil on  trouve que  A= -2pi/3- racine(3)/2 et en utilisant la deuxiéme méthode de Jver on trouve que
A= 2pi/3 -racine(3) /2
c pas un probléme de raisonnement je pense mais quelqu un pourra m éclairer ça plus svplé !comment je peux trouver les memes résultats en utilisant deux méthodes differentes !
et merci d 'avance de m'avoir aider
      

Posté par
jver
re : Intégrale double 16-04-11 à 16:14

Non, moi je trouve pareil. En prenant  D" = {(x,y)R2 | x2+y2≤ 1 & (x-1)2+y2≤1 & y≥0 & x≥ 1/2 }, j'ai donc:
1/4 Aire(D)=\int_{1/2}^1\sqrt{(1-x^2)} dx =[1/2 \arcsin{x}+\frac{x}{2}\sqrt{1-x^2}]_{1/2}^1
et je retrouve bien la valeur de l'autre méthode

Posté par
farida
re : Intégrale double 16-04-11 à 16:36

c est une integration par partie?
en fait si je pose x=sin(teta) je trouve  A= -2pi/3- racine(3)/2  (pr la première méthode)

Posté par
jver
re : Intégrale double 16-04-11 à 17:20

Non, je ne pense pas! Pose  x=\sin{\theta} et l'intégration se fait plus ou moins à vue.
Il n'y a pas de problème et on trouve les mêmes valeurs quelles que soient les méthodes
Soit dit en passant, il y a une autre démonstration géométrique:
Sur la figure, l'aire hachurée en rouge est le quart de l'aire cherchée. Elle est égale à 1/6 de l'aire du cercle - l'aire d'un 1/2 triangle équilétéral.
Donc, le 1/4 de l'aire cherchée est \pi/6-\sqrt{3}/8
On multiplie par 4 et on retombe sur 2\pi/3-\sqrt{3}/2

Intégrale double

Posté par
jver
re : Intégrale double 16-04-11 à 17:24

J'ai un peu regardé où il pouvait y avoir une erreur.
C'est là:
\cos{\theta}^2=\frac{1+\cos{2\theta}}{2}
Attention au signe

Posté par
farida
re : Intégrale double 16-04-11 à 18:54

Merci !
c vrai j ai pas fais attention au signe !
mais concernant ta deuxiéme méthode je vois l'aire d'un  1/2 de triangle équilatéral +quelque chose c à d
l aire de  la lunule ce qui ramene à ta première méthode !

Posté par
farida
re : Intégrale double 16-04-11 à 18:56

autre chose stplé comment t as trouvé arcsin? c juste par une integration par partie?
merci



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