Cours-main/CUPGE 1/Semestre 2/Mathématiques/Notes/IntCurvi.md

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Exercice Intégrale curviligne

Calculons la valeur des inteˊgrales de la forme : ∫C+xydx+(x+y)dyAvec C+ prenant diffeˊrentes valeurs\text{Calculons la valeur des intégrales de la forme : }\int_{C^+} xydx+(x+y)dy\\ \text{Avec}\ C^+\ \text{prenant différentes valeurs}

1)

a)

C+={(x,y)∈R2 ∣ x2+y2=1}{x=cosθdx=sinθdθy=sinθdy=cosθdθ I=∫02πcosθsinθ(−sinθdθ)+(cosθ+sinθ)cosθdθ =∫02π(−cosθsin2θ+cos2θ+cosθsinθ)dθ =−∫02πcosθsin2θdθ+∫02πcos2θdθ+∫02πcosθsin⁡θdθ =−[13sinθ]02π+[12θ−12sin2θ]02π+[12sin⁡2θ]02π =0+[12θ]02π+0=π C^+ = \aembrace{(x,y)\in\R^2\ |\ x^2+y^2=1}\\ \embrace{x=cos\theta\quad\quad &dx = sin\theta d\theta\\ y=sin\theta\quad\quad &dy=cos\theta d\theta}{\{}{.}\n \begin{split} I&=\int^{2\pi}_0cos\theta sin\theta\pembrace{-sin\theta d\theta}+\pembrace{cos\theta +sin\theta}cos\theta d\theta\n &=\int^{2\pi}_0\pembrace{-cos\theta sin^2\theta + cos^2\theta +cos\theta sin\theta}d\theta\n &=-\int^{2\pi}_0cos\theta sin^2\theta d\theta + \int^{2\pi}_0cos^2\theta d\theta +\int^{2\pi}_0cos\theta \sin\theta d\theta\n &=-\cembrace{\frac13sin\theta}_{0}^{2\pi}+\cembrace{\frac12\theta-\frac12sin2\theta}_{0}^{2\pi}+\cembrace{\frac12\sin^2\theta}_{0}^{2\pi}\n &=0 + \cembrace{\frac12\theta}_{0}^{2\pi}+0=\pi \end{split}

b) intégration sur un arc de parabole

∫C+xydx+(x+y)dy=π Arc de paraboley=x2A=(−1;1), B=(2;4) Trouver une parameˊtrisation de C+ {x(t)=tt∈[−1;2]y(t)=t2 (dx=dtdy=2tdt I=∫−12t∗t2+(t+t2)2t dt =∫−12(t3+2t2+2t3)dt ∫−12(3t3+2t2)dt =3[t44]−12+[t33]−12 =3(244−14)+2(Z33−(−1)33) =3(4−12)+2(83+13) =3∗154+183=454+244 I=694\int_{C^+}xydx+(x+y)dy=\pi\n \text{Arc de parabole}\quad y=x^2\quad A=(-1;1),\ B=(2;4)\n \text{Trouver une paramétrisation de}\ C^+\n \embrace{&x(t)=t\quad\quad\quad t\in\cembrace{-1;2}\\&y(t)=t^2}{\{}{.}\n \embrace{&dx=dt\\&dy=2tdt}{(}{.}\n \begin{split} I &=\int^2_{-1}t*t^2+\pembrace{t+t^2}2t\ dt\n &=\int^2_{-1}\pembrace{t^3+2t^2+2t^3}dt\ \int^2_{-1}\pembrace{3t^3+2t^2}dt\n &=3 \cembrace{\frac{t^4}4}_{-1}^{2}+ \cembrace{\frac{t^3}3}_{-1}^{2}\n &= 3\pembrace{\frac{2^4}4-\frac14}+2\pembrace{\frac{Z^3}3-\frac{(-1)^3}3}\n &=3\pembrace{4-\frac12}+2\pembrace{\frac83+\frac13}\n &=3*\frac{15}4+\frac{18}3 = \frac{45}4+\frac{24}{4}\n I&=\frac{69}4 \end{split}

3)

∫C(y+z)dx+(z+x)dy+dzx2+y2 \int_C \frac{\pembrace{y+z}dx+\pembrace{z+x}dy+dz}{x^2+y^2}\n

1. le long de la droite joingannt A(1,1,1) à B(2,2,2)

{x=ty=tz=t⇒{dx=dtdy=dtdz=dt I=∫122tdt+2tdt+dt2t2 =∫124t+12t2dt =∫122dtt+∫1212t2dt =2[ln⁡t]12+12[−1t]12 =2ln⁡2+12(−12+1) I=2ln⁡2+14\embrace{x=t\\y=t\\z=t}{\{}{.}\quad\Rightarrow\quad\embrace{dx=dt\\dy=dt\\dz=dt}{\{}{.}\n \begin{split} I&=\int_1^2\frac{2tdt+2tdt+dt}{2t^2}\n &=\int_1^2\frac{4t+1}{2t^2}dt\n &=\int_1^2\frac{2dt}{t}+\int_1^2\frac1{2t^2}dt\n &=2 \cembrace{\ln{t}}_{1}^{2}+\frac12 \cembrace{-\frac1t}_{1}^{2}\n &=2\ln{2}+\frac12\pembrace{-\frac12+1}\n I&=2\ln{2}+\frac14 \end{split}

2. Selon une hélice de rayon 1

{x=cosθy=sinθz=θθ∈[0,2π]⇒{dx=−sinθdθdy=cosθdθdz=dθ I=∫02π(sinθ+θ)(−sinθdθ)+(θ+cosθ)cosθdθ+dθ1 =∫02π(−sin2θ−θsinθ+θcosθ+θ2θ+1)dθ =∫02π(cos2θ+1−θ(sinθ−cosθ))dθ =∫02πdθ+∫02πcos2θdθ−∫02πθ(sinθ−cosθ)dθ =2π+0−∫02πθ(sinθ−cosθ)dθ  ∣(u=θv′=sinθ−cosθu′=1v=−cosθ−sinθ ∫uv′=[uv]−∫u′v  I=2π+[[θ(−cosθ−sinθ)]02π+∫02π(cosθ+sinθ)dθ] =2π+2π I=4π\embrace{&x=cos\theta\\&y=sin\theta\\&z=\theta}{\{}{.}\quad\theta\in\cembrace{0,2\pi}\Rightarrow\quad \embrace{&dx=-sin\theta d\theta\\&dy=cos\theta d\theta\\&dz=d\theta}{\{}{.}\n \begin{split} I&=\int_0^{2\pi}\frac{(sin\theta+\theta)(-sin\theta d\theta)+(\theta + cos\theta)cos\theta d\theta +d\theta}{1}\n &=\int_0^{2\pi}\pembrace{-sin^2\theta-\theta sin\theta+\theta cos\theta+\theta^2\theta+1}d\theta\n &=\int_0^{2\pi}\pembrace{cos2\theta+1-\theta\pembrace{sin\theta-cos\theta}}d\theta\n &=\int_0^{2\pi}d\theta+\int_0^{2\pi}cos2\theta d\theta - \int_0^{2\pi}\theta\pembrace{sin\theta-cos\theta}d\theta\n &=2\pi + 0 -\int_0^{2\pi}\theta\pembrace{sin\theta-cos\theta}d\theta \end{split}\n\n \embrace{ &\embrace{&u=\theta\\&v'=sin\theta-cos\theta}{(}{.}\quad\embrace{&u'=1\\&v=-cos\theta-sin\theta}{.}{.}\n &\int uv'=\cembrace{uv}-\int u'v }{|}{.}\n\n \begin{split} I&=2\pi+\cembrace{\cembrace{\theta(-cos\theta-sin\theta)}_0^{2\pi} +\int_0^{2\pi}\pembrace{cos\theta+sin\theta}d\theta}\n &=2\pi + 2\pi\n I&=4\pi \end{split}