Ivan Shishkin, Rye (1878)

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La limite d’une intégrale

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Solution by Venus2 · FR

Notation : soit FF la fonction definie sur I:=[1;+∞[I:=[1;+\infty[ par F(x):=1/x∫1xx1/tdtF(x):=1/x \int_{1}^{x} x^{1/t}dt on effectue le changement de variable u:=ln(x)/tu:=ln(x)/t qui donne alors ∀x∈I,xF(x)/ln⁡(x)=∫ln⁡(x)/xln⁡(x)eu/u2du\forall x\in I, xF(x)/\ln(x)=\int_{\ln(x)/x}^{\ln(x)}e^{u}/u^2 du
la fonction uu donne h(u):=exp(u)/u2h(u):=exp(u)/u^{2} est positive sur ]0;+∞[]0;+\infty[ et les intégrales ∫01h(u)du\int_{0}^{1} h(u)du et ∫1+∞h(u)du\int_{1}^{{+\infty}}h(u)du divergent. On a h(u)∼01/u2h(u)\sim_{0} 1/u^2 et h(u)∼+∞h′(u)h(u)\sim_{+\infty} h'(u) et donc par théorèmes d’intégration d’équivalents on a A(x):=∫x1h(u)du∼01/xA(x):=\int_{x}^{1} h(u)du \sim_0 1/x et B(x):=∫1xh(u)du∼+∞h(x)B(x):=\int_{1}^{x}h(u)du\sim_{+\infty}h(x)
On a xF(x)/ln(x)=A(ln(x)/x)+B(ln(x))xF(x)/ln(x)=A(ln(x)/x)+B(ln(x))
Lorsque xx tend vers +∞+\infty, ln(x)/xln(x)/x tend vers 00 et ln(x)ln(x) tend vers +∞+\infty et donc lorsque xx tend vers +∞+\infty, A(ln(x)/x)∼x/ln(x)A(ln(x)/x) \sim x/ln(x) et B(ln(x))∼h(ln(x))=x/ln2(x)=o(A(ln(x)/x)B(ln(x)) \sim h(ln(x))=x/ln^{2}(x)=o(A(ln(x)/x) d’où xF(x)/ln(x)∼A(ln(x)/x)∼x/ln(x)xF(x)/ln(x) \sim A(ln(x)/x) \sim x/ln(x) et donc F(x)∼1F(x)\sim 1 c’est-à-dire que FF tend vers11 en +∞+\infty.

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