Aire sous la courbe

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Aire sous la courbe : définition, méthode et exemple corrigé (Terminale) – Maths PDF


En bref : L’aire sous la courbe mesure la surface comprise entre le graphe d’une fonction positive, l’axe horizontal et deux verticales x = a et x = b ; elle est égale à l’intégrale de f entre a et b.

TerminaleFonctions

Définition : Aire sous la courbe

L’aire sous la courbe d’une fonction \(f\) désigne la surface enfermée entre le graphe, l’axe des abscisses et les droites verticales \(x=a\) et \(x=b\), un peu comme la tôle découpée sous un toit incurvé.

Lorsque \(f\) est continue et positive sur \([a\,;\,b]\), cette surface vaut \(\int_a^b f(x)\,dx\), nombre obtenu avec une primitive \(F\) par \(F(b)-F(a)\). Le résultat s’exprime en unités d’aire, une unité d’aire étant celle du rectangle construit sur les deux unités des axes.

Comment le reconnaître

  • L’énoncé demande l’aire d’une zone bornée par une courbe et l’axe des abscisses.
  • On calcule une quantité cumulée : distance parcourue à partir d’une vitesse, volume écoulé à partir d’un débit.
  • Une surface courbe est trop irrégulière pour être découpée en rectangles et triangles.
  • Le sujet fournit une unité d’aire, par exemple \(1\) u.a. \(=2\) cm\(^2\).

La méthode

  1. Vérifier que \(f\) est continue et positive sur l’intervalle ; sinon, découper l’intervalle selon le signe de \(f\).
  2. Trouver une primitive \(F\) de \(f\).
  3. Calculer \(F(b)-F(a)\), en gardant des fractions exactes tant que possible.
  4. Convertir en unités de surface si l’énoncé le demande, en multipliant par l’aire d’une unité d’aire.
13y = x2 + 2A = 38/3zone ombrée
L’aire de la zone ombrée entre 1 et 3 vaut l’intégrale de f, soit 38/3 u.a.

Aire sous la courbe : exemple corrigé

Énoncé

La coupe verticale d’un talus de bord de route est limitée par la courbe de \(f(x)=x^2+2\) (en mètres) et l’axe horizontal, pour \(x\) compris entre \(1\) et \(3\). Calculer l’aire de cette coupe.

Corrigé

La fonction est continue et positive. Une primitive est \(F(x)=\frac{x^3}{3}+2x\).

L’aire vaut \(F(3)-F(1)=(9+6)-\left(\frac{1}{3}+2\right)=15-\frac{7}{3}=\) \(\frac{38}{3}\approx 12{,}67\) m\(^2\).

À toi de jouer

Question 1

Calculer l’aire sous la courbe de \(f(x)=4x\) entre \(0\) et \(3\), en unités d’aire.

Voir la réponse

\(\int_0^3 4x\,dx=[2x^2]_0^3=18\) u.a. (c’est aussi l’aire d’un triangle de base \(3\) et de hauteur \(12\)).

Question 2

Une unité d’aire vaut \(0{,}5\) cm\(^2\) et l’intégrale trouvée est \(14\). Quelle est l’aire en cm\(^2\) ?

Voir la réponse

\(14\times 0{,}5=7\) cm\(^2\).

Ne pas confondre Aire sous la courbe et Intégrale

L’intégrale est un nombre signé : si la fonction passe sous l’axe, la partie négative se soustrait. L’aire est toujours positive. Les deux coïncident seulement quand \(f\) est positive sur l’intervalle ; sinon on découpe et l’on additionne les valeurs absolues.

Intégrale

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