This score reflects both the level of the required concepts and the difficulty of the solution.Ce score tient compte à la fois du niveau des notions nécessaires et de la difficulté de la résolution.
1–10First steps / middle schoolPremiers pas / collège
On montre que ∫0+∞tsin(t)dt existe ce qui prouvera l’existence de f sur R+. Soit 0<ε<y. On fait une intégration par partie de l’intégrande sur [ε,y] en primitivant sin(t) en 1−cos(t) et en dérivant t1. Ceci donne ∫εytsin(t)dt=[t1−cos(t)]0y+∫εyt21−cos(t)dt=y1−cos(y)−ε1−cos(ε)+∫εyt21−cos(t)dt. Grâce à un DL2 de cos en 0 on a l’équivalent t1−cos(t)∼2t qui est positif au voisinage de 0. Cela prouve non seulement que t↦t21−cos(t) est intégrable au voisinage de 0 mais aussi que ε1−cos(ε)ε→0⟶0. Par ailleurs, t21−cos(t)=t→+∞O(t21) donc t↦t21−cos(t) est aussi intégrable en +∞ et y1−cos(y)=+∞O(y1)y→+∞⟶0. Donc f est bien définie et ∀x∈R+, (∗):f(x)=−x1−cos(x)+∫x+∞t21−cos(t)dt. D’après le théorème fondamental de l’analyse la fonction F définie par F(x)=∫0xtsin(t)dt est de classe C1 et c’est une primitive du prolongement de t↦tsin(t) sur R+ et ∀x∈R+,f(x)=limz→+∞F(z)−F(x) si bien que f est également de classe C1 et f′(x)=−xsin(x). Pour y>0 on calcule ∫0yf(x)dx par intégration par partie en dérivant f(x) et en primitivant 1 : ∫0yf(x)dx=[xf(x)]0y−∫0yxf′(x)dx(∗)=−yy1−cos(y)+y∫y+∞t21−cos(t)dt+∫0ysin(x)dx=−1+cos(y)+y∫y+∞t21−cos(t)dt+1−cos(y)=y∫y+∞t21−cos(t)dt=y∫y+∞t21dt−y∫y+∞t2cos(t)dtIPP=1−y([t2sin(t)]y+∞+∫y+∞t3sin(t)dt)=1−ysin(y)−y∫y+∞t3sin(t)dt On peut alors conclure soit grâce à la majoration t3sin(t)≤t31 soit par intégration des relations de comparaison convergence en écrivant ∫y+∞t→+∞O(t31)dt=y→+∞O(∫y+∞t31dt)=O(y21). On en déduit la convergence de l’intégrale de f et ∫0+∞f(x)dx=1.