Leçon 235 — Intégrales dépendant d'un paramètre, dérivation et limite sous le signe intégral.
Points clés
Continuité sous le signe intégral
Dérivation sous le signe intégral (théorème de Leibniz)
Limite et intégrale : théorème de convergence dominée comme outil fondamental
Holomorphie sous le signe intégral
Application aux fonctions définies par des intégrales (Gamma, Fourier, Laplace)
Régularité des convolutions
Plan
Cadre et hypothèses
Fonction [formule]
Hypothèse de domination : [formule] avec [formule]
Rôle central du théorème de convergence dominée
Continuité sous le signe intégral
Théorème : si [formule] est continue et [formule], alors [formule] est continue
Application : continuité de la transformée de Fourier sur [formule]
Continuité de la convolution
Dérivation sous le signe intégral
Théorème de Leibniz : si [formule] existe, est continue en [formule] et dominée par [formule], alors [formule]
Hypothèse de domination locale suffit
Itération : dérivées d'ordre supérieur
Limite sous le signe intégral
Application directe du théorème de convergence dominée
Interversion limite-intégrale
Cas de la convergence monotone
Holomorphie sous le signe intégral
Si [formule] est holomorphe et dominée, alors [formule] est holomorphe
Application : la fonction [formule] est holomorphe sur [formule]
Prolongement analytique via intégrales
Applications
Fonction Gamma : [formule], classe [formule] et prolongement
Transformée de Fourier : régularité liée à la décroissance
Calcul de [formule] par intégrale paramétrique
Théorèmes clés
Continuité sous l'intégrale : si [formule] est continue pour presque tout [formule] et [formule], alors [formule] est continue
Dérivation sous l'intégrale (Leibniz) : si [formule] existe, est continue en [formule], et [formule], alors [formule] est [formule] et [formule]
Convergence dominée (comme outil) : si [formule] p.p. et [formule], alors [formule]
Holomorphie sous l'intégrale : si [formule] est holomorphe pour presque tout [formule] et [formule] pour [formule] dans un compact, alors [formule] est holomorphe
Exemples importants
Fonction Gamma : [formule] est [formule] sur [formule] avec [formule]
Calcul de [formule] en introduisant [formule] et dérivant
Transformée de Fourier de [formule] : [formule]
Intégrales de Wallis par récurrence : [formule] et formule de Wallis
Convolution : si [formule] et [formule], alors [formule]
Erreurs courantes
Oublier de vérifier la domination (condition la plus importante et la plus souvent négligée)
Appliquer la dérivation sous l'intégrale sans vérifier que la dérivée partielle est dominée indépendamment de [formule]
Confondre les bornes d'intégration variables (formule de Leibniz avec bornes) et les bornes fixes
Conseils du jury
Savoir appliquer ces théorèmes sur des exemples concrets : le jury demande souvent de calculer une intégrale ou de montrer la régularité d'une fonction
Le calcul de [formule] est un développement très classique et très apprécié
Bien distinguer les hypothèses de chaque théorème (continuité, dérivation, limite) et ne pas les confondre