Justifier que l'intégrale I = ∫−∞+∞
exp(−t2/2) dt converge
avec I = 2 ∫0+∞
exp(−t2/2) dt.
On pose pour tout x ∈ R,
F(x)
= (∫0x
exp(−t2/2) dt)2.
Montrer que la fonction F est dérivable et exprimer sa dérivée.
Montrer que pour tout x ∈ R on a
F′(x)
= 2x∫01
exp(−x2(1 + u2)/2) du.
Dérivation sous le signe intégrale
Soit (a, b) ∈ R2 tel que a < b
et g ∈ 𝓒2([a, b], R). Démontrer la formule de Taylor-Lagrange avec reste intégral :
g(b)
= g(a) + (b − a) g′(a)
+ ∫ab
(b − t) g″(t) dt.
Soit A ∈ R+
et u ∈ [0 ; 1].
Montrer que la fonction
g : x ↦ 2/(1 + u2)
exp(−x2(1 + u2)/2)
est de classe 𝓒2
sur [−A ; A]
et que sa dérivée seconde est majorée par 2(1 + 2A2) sur cet intervalle.
En déduire que pour tout x ∈ ]−A ; A[,
pour tout h ∈ R
tel que x + h ∈ ]−A ; A[,
on a
|g(x + h) − g(x) − hg′(x)|
≤ h2 × (1 + 2A2).
On pose pour tout x ∈ R,
G(x)
= ∫012/(1 + u2)
exp(−x2(1 + u2)/2) du.
Montrer que pour tout x ∈ R,
on a
G(x + h)
= G(x)
− hF′(x)
+ oh→0(h).
Limites
En déduire que la fonction F+G est constante et calculer sa valeur en 0.
Montrer que la fonction G a une limite nulle en +∞
et en déduire la valeur de l'intégrale I.