Photosynthesis is the process by which plants, algae, and some bacteria convert light energy into chemical energy stored as glucose. Investigating photosynthesis helps us understand how organisms produce oxygen and food, supporting nearly all life on Earth.
Get started for freeLequel des énoncés suivants est la formule de la valeur moyenne d'une fonction ?
Pour trouver la valeur moyenne d'une fonction dans un intervalle donné, tu dois diviser son intégrale définie par l'adresse ____.
La valeur moyenne d'une fonction peut être négative.
Supposons que l'on te demande de trouver la valeur moyenne de la fonction exponentielle \( e^x.\) Quelles sont les informations manquantes ?
Peux-tu trouver la valeur moyenne d'une fonction non intégrable ?
La valeur moyenne d'une fonction peut être égale à zéro.
La valeur moyenne d'une fonction dépend de l'intervalle sur lequel elle est calculée.
Content creation by StudySmarter Biology Team.
Published: 18.06.2024. Last updated: 01.01.1970.
Imagine que tu doives calculer la moyenne de quelque chose qui change constamment, comme le prix de l'essence. Normalement, pour calculer la moyenne d'un ensemble de chiffres, tu les additionnes tous et tu les divises par le nombre total de chiffres. Mais comment faire lorsque les prix changent tous les mois, toutes les semaines, tous les jours ou à de nombreux moments de la journée ? Comment choisir les prix à inclure dans le calcul de la moyenne ?
Si tu as une fonction pour le prix de l'essence et son évolution dans le temps, c'est une situation où la valeur moyenne d'une fonction peut être très utile.
Le concept de moyenne t'est peut-être familier. Généralement, une moyenne est calculée en additionnant des nombres et en les divisant par le nombre total de nombres. La valeur moyenne d'une fonction en calcul est une idée similaire.
La valeur moyenne d'une fonction est la hauteur du rectangle dont la surface est équivalente à l'aire sous la courbe de la fonction.
Si tu regardes l'image ci-dessous, tu sais déjà que l'intégrale de la fonction est toute la surface comprise entre la fonction et l'axe des x.
Le rectangle a la même aire que l'aire située sous la courbe
Cette idée peut sembler arbitraire à première vue. En quoi ce rectangle est-il lié à une moyenne ? La moyenne consiste à diviser par le nombre de valeurs, et comment sais-tu combien de valeurs sont impliquées ici ?
Lorsque l'on parle de la valeur moyenne d'une fonction, il faut préciser sur quel intervalle. Il y a deux raisons à cela :
Tu dois trouver l'intégrale définie sur l'intervalle donné.
Tu dois diviser l'intégrale ci-dessus par la longueur de l'intervalle.
Pour trouver la valeur moyenne d'une fonction, au lieu d'additionner des nombres, tu dois intégrer, et au lieu de diviser par le nombre de valeurs, tu divises par la longueur de l'intervalle .
\[ \begin{align} \text{Ajouter des valeurs} \quad &\rightarrow \quad \text{Intégration} \\N- \N- \N- \N- \N- \N- \N- \N{Nombre de valeurs} \quad &\rightarrow \quad \text{Longueur de l'intervalle} \n- \n- \n- \n- \n- \n- \n-{align} \]
L'utilisation de la longueur de l'intervalle est logique car les intervalles ont un nombre infini de valeurs, il est donc plus approprié d'utiliser la longueur de l'intervalle à la place.
Comme indiqué précédemment, la valeur moyenne d'une fonction \(f(x)\) sur l'intervalle \([a,b]\) est obtenue en divisant l'intégrale définie
\N[ \Nint_a^b f(x)\N,\Nmathrm{d}x\N]
par la longueur de l'intervalle.
La valeur moyenne de la fonction est souvent écrite \(f_{\text{avg}} \). Ainsi
\[ f_{\text{avg}} = \frac{1}{b-a}\int_a^b f(x)\N, \rmathrm{d}x.\N]
Si tu as besoin de te rafraîchir la mémoire sur l'intégration, lis notre section Évaluer les intégrales définies !
D'où vient la formule de la valeur moyenne d'une fonction ? Rappelle-toi le théorème de la valeur moyenne pour les intégrales, qui stipule que si une fonction \(f(x)\Nest continue sur l'intervalle fermé \N([a,b]\N), alors il existe un nombre \N(c\N) tel que
\N[ \Nint_a^b f(x) \N, \Nmathrm{d}x = f(c)(b-a).\N]
Tu peux voir la dérivation du théorème de la valeur moyenne pour les intégrales dans l'article !
Si tu divises simplement chaque côté de l'équation par \N(b-a) pour résoudre \N(f(c)\N), tu obtiens la formule de la valeur moyenne d'une fonction :
\[ f(c)=\frac{1}{b-a} \int_a^b f(x) \N, \mathrm{d}x.\N]
Un économiste trouve que les prix du gaz de 2017 à 2022 peuvent être décrits par la fonction.
\N-[f(x) = 1,4^x.\N]\N-[f(x) = 1,4^x.\N]\N]
Ici, \( f \) est mesuré en dollars par gallon, et \(x\) représente le nombre d'années depuis 2017. Trouve le prix moyen de l'essence par gallon entre 2017 et 2022.
Réponse :
Pour utiliser la formule de la valeur moyenne d'une fonction, tu dois d'abord identifier l'intervalle. Puisque la fonction mesure les années écoulées depuis 2017, alors l'intervalle devient \N([0,5],\N) où 0 représente 2017 et 5 représente 2022.
Ensuite, tu devras trouver l'intégrale définie
\[\int_0^5 1.4^x\,\mathrm{d}x.\]
Commence par trouver son antidérivée :
\[ \Nint 1,4^x\N,\Nmathrm{d}x= \Nfrac{1}{\Nln{1,4}} 1,4^x,\N].
et utilise ensuite le théorème fondamental du calcul pour évaluer l'intégrale définie, ce qui te donne
\[ \begin{align} \int_0^5 1.4^x,\mathrm{d}x &=\left( \frac{1}{\ln{1.4}} 1.4^5 \rright) - \left( \frac{1}{\ln{1.4} 1.4^0 \rright) \c &= \frac{1.4^5-1}{\ln{1.4}} \\ &= 13.012188. \N-END{align} \]
Maintenant que tu as trouvé la valeur de l'intégrale définie, tu divises par la longueur de l'intervalle, donc
\[ \begin{align} f_{\text{avg}} &= \frac{13.012188}{5} \\ &= 2.6024376. \N-END{align}\N]
Cela signifie que le prix moyen de l'essence entre 2017 et 2022 est de 2,60 dollars le gallon.
Jette un coup d'œil à la représentation graphique du problème :
Représentation graphique de la valeur moyenne du prix de l'essence.
Le rectangle représente l'aire totale sous la courbe de \(f(x)\). Le rectangle a une largeur de \(5\), qui est l'intervalle d'intégration, et une hauteur égale à la valeur moyenne de la fonction, \(2,6\).
Parfois, la valeur moyenne d'une fonction est négative.
Trouve la valeur moyenne de
\N[ g(x) = x^3 \N]
dans l'intervalle \N([-2,1].\N)
Réponse :
Cette fois-ci, l'intervalle est donné de façon simple, alors commence par trouver l'intégrale indéfinie
\N[ \Nint x^3 \N, \Nmathrm{d}x, \N]
ce que tu peux faire en utilisant la règle de la puissance, pour trouver que
\[ \Nint x^3 \N, \Nmathrm{d}x = \Nfrac{1}{4}x^4.\N].
Ensuite, utilise le théorème fondamental du calcul pour évaluer l'intégrale définie. Cela te donne
\[ \begin{align} \Nint_{-2}^1 x^3 \N, \Nmathrm{d}x &= \Ngauche( \Nfrac{1}{4}(1)^4 \Ndroite) - \Ngauche( \Nfrac{1}{4} (-2)^4 \right) \\ &= \frac{1}{4} - 4 \N- -\Nfrac{15}{4}. \N-END{align} \]
Enfin, divise la valeur de l'intégrale définie par la longueur de l'intervalle, donc
\[ \begin{align} g_{\text{avg}} &= \frac{1}{1-(-2)}\left(-\frac{15}{4} \right) \\ &= -\frac{15}{12} \N- \N- \N- \N- \N- \N- \N- \N - \Nfrac{5}{4}. \N- [Fin{align}\N]
Par conséquent, la valeur moyenne de \N( g(x) \N) dans l'intervalle \N( [-2,1] \N) est \N( -\frac{5}{4}.\N).
Il est également possible que la valeur moyenne d'une fonction soit nulle !
Trouve la valeur moyenne de \(h(x) = x \) sur l'intervalle \( [-3,3].\)
Réponse :
Commence par utiliser la règle de la puissance pour trouver l'intégrale indéfinie, c'est-à-dire
\N[ \Nint x \N, \Nmathrm{d}x = \Nfrac{1}{2}x^2.\N]
Sachant cela, tu peux évaluer l'intégrale définie, c'est-à-dire
\[ \begin{align} \Nint_{-3}^3 x\N, \Nmathrm{d}x &= \Ngauche( \Nfrac{1}{2}(3)^2\Ndroite)-\Ngauche(\Nfrac{1}{2}(-3)^2\Ndroite) \N &= \Nfrac{9}{2}-\Nfrac{9}{2} \N- &= 0. \N- [end{align}\N]
Puisque l'intégrale définie est égale à 0, tu obtiendras également 0 après avoir divisé par la longueur de l'intervalle, donc
\[ h_{\text{avg}}=0.\]
Tu peux aussi trouver la valeur moyenne d'une fonction trigonométrique. Si tu as besoin de te rafraîchir la mémoire, consulte notre article sur les intégrales trigonométriques.
Trouve la valeur moyenne de
\N[f(x) = \Nsin(x)\N]
sur l'intervalle [0, \frac{\pi}{2} \Ndroite].\N].
Réponse :
Tu dois d'abord trouver l'intégrale définie
\[ \int_0^{\frac{\pi}{2}} \sin{x} \rmathrm{d}x,\rmathrm{d}x,\rmathrm{d}x,\rmathrm{d}x,\rmathrm{d}x]]
trouve donc son anti-dérivée
\[ \int \sin{x} \, \mathrm{d}x = -\cos{x},\N}]
et utilise le théorème fondamental du calcul pour évaluer l'intégrale définie, c'est-à-dire
\[ \begin{align} \int_0^{\frac{\pi}{2}} \sin{x} \, \mathrm{d}x &= \left(-\cos{\frac{\pi}{2}} \right) - \left(-\cos{0} \right) \\ &= -0-\left( -1 \right) \\ &= 1. \N-{align}\N- [\N-{align}\N]
Enfin, divise par la longueur de l'intervalle, donc
\[ \begin{align} f_{\text{avg}} &= \frac{1}{\frac{\pi}{2}}\\ &= \frac{2}{\pi}. \N- [Fin{align}\N]
Cela signifie que la valeur moyenne de la fonction sinus sur l'intervalle est \N(\frac{2}{\pi}{\pi},\N), ce qui correspond à environ \N(0,63).
Représentation graphique de la valeur moyenne de la fonction sinus dans l'intervalle [0,\frac{\pi}{2}].
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models' (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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