1 BROCHURE D`EXERCICES D`ANALYSE 2 Intégrale indéfinie

1
BROCHURE D’EXERCICES D’ANALYSE 2
Intégrale indéfinie, intégrale définie et équations différentielles du premier ordre
avec réponses et corrigés par
OSMANOV H. et KHELIFATI S
————————————————————————
Chapitre VIII. Intégrale indéfinie. Calcul intégral.
L’intégrale indéfinie est le problème inverse de la recherche de la dérivée d’une fonction
donnée.
§1. Primitives. Intégrale indéfinie.
VIII.1.Notion de primitives d’une fonction. Soit fune fonction définie sur un intervalle
IR. On cherche une fonction Fdéfinie et dérivable sur Ivérifiant:
Fxfx,xI. (1)
Définition. On appelle primitive de f sur I toute fonction F définie et dérivable sur I,
vérifiant l’équation (1).
Théorème. Si f admet une primitive, alors elle en admet une infinité et si F,G sont deux
primitives de f sur I, alors il existe une constante c Rtelle que :
FxGxc,xI.
VIII.2. Intégrale indéfinie.
Définition. On appelle intégrale indéfinie de f sur I Rl’ensemble des primitives de f
sur I,si elles existent, qu’on note fxdx,xI.
Si Fest une primitive de f, alors on écrit :
fxdx Fxc,cR.
En pratique, on désigne souvent par l’intégrale indéfinie une certaine fonction primitive au
lieu de l’ensemble des primitives de f.
VIII.3. Existence de l’intégrale indéfinie. Pour l’existence de l’intégrale indéfinie d’une
fonction f, c’est à dire d’une primitive, on a la condition suffisante suivante:
Théorème. Toute fonction continue sur un intervalle admet une primitive sur cet intervalle.
Conséquence. Les fonctions élémentaires réelles admettent toutes des primitives.
Remarque. Il existe des fonctions n’admettant de primitives au sens de la définition donnée.
§2.Calcul intégral.
2
BROCHURE D’EXERCICES D’ANALYSE 2
Intégrale indéfinie, intégrale définie et équations différentielles du premier ordre
avec réponses et corrigés par
OSMANOV H. et KHELIFATI S
————————————————————————
L’opération de recherche de l’intégrale indéfinie est appelée intégration ou primitivisation
et pour cela, on dit souvent intégrer une fonction au lieu de calculer son intégrale indéfinie.
VIII.4. Propriétés fondamentales de l’intégrale indéfinie. Les propriétés suivantes sont
vraies:
i) fxgxdx fxdx gxdx ;
ii) fxdx fxdx ,R;
iii)fxdx fxou dfxdx fxdx;
iv)dFxFxc;
v) si fxdx Fxc, alors fax bdx 1
aFax bc.
VIII.5. Table des principales intégrales indéfinies. A partir de la table des dérivées des
fonctions élémentaires, on établit la table suivante des primitives de fonctions élémentaires:
i) 0dx c;
ii)xdx x1
1c,R, 1,
iii) axdx ax
logaca0, a1;exdx exc,xR;
iv) dx
xlog|x|cx0;
v)sinx dx cosxc;cosx dx sinxc,xR;
vi)dx
cos2xtgxc,x
2k;dx
sin2xctgxc,xk,kZ;
vii) dx
1x2arcsinxc,
arccosxc,,1x1 ;
viii)dx
1x2arctgxc,
arcctgxc,,xR;
3
BROCHURE D’EXERCICES D’ANALYSE 2
Intégrale indéfinie, intégrale définie et équations différentielles du premier ordre
avec réponses et corrigés par
OSMANOV H. et KHELIFATI S
————————————————————————
ix)shx dx chxc,xR;chx dx shxc,xR;
x) dx
ch2xthxc,xR;dx
sh2xcthxc,x0;
xi)dx
1x2log x1x2cargshxc,xR;
xii) dx
x21log xx21c|x|1;
xiii)dx
1x21
2log 1x
1xc
argthxc1x1,
argcthxc|x|1..
VIII.6. Méthode directe d’intégration. Cette méthode consiste, grâce aux propriétés des
intégrales et aux transformations sur la fonction à intégrer, à utiliser la table des principales
primitives .
Exemples.
sinx2x2x3
1x2dx sinxdx 2x2dx x dx 3dx
1x2
cosx2
3x32
3x33arctgxc.
VIII.7. Méthode du changement de variable. Parmi les méthodes d’intégration les plus
effectives, il y a la méthode du changement de variable qui consiste à écrire la fonction à intégrer
fsous la forme fxgx.x. On a le théorème suivant:
Théorème 1. Soient fxgx.x,et x txdéfinie et dérivable sur un
intervalle IxR.Si la fonction t ygtadmet une primitive Gtsur un intervalle It
tel que IxIt, alors la fonction fxgxxadmet une primitive sur Ixet on a
fxdx gx.xdx Gx c,cR. (2)
En particulier le théorème est vrai si g,et sont continues.
Méthode pratique. Soit à calculer fxdx qui peut se mettre sous la forme
fxdx gxxdx telle que gadmet une primitive G, alors, d’après le théorème, on
4
BROCHURE D’EXERCICES D’ANALYSE 2
Intégrale indéfinie, intégrale définie et équations différentielles du premier ordre
avec réponses et corrigés par
OSMANOV H. et KHELIFATI S
————————————————————————
pose tx,dt xdx. Dans ce cas, on a
fxdx gtdt GtcGx c.
Exemple. Calculer Fxsinx.cosx dx. Remarquons tout d’abord que
sinx.cosxdx sinxsinxdx sinx dsinx.
Ainsi, en posant tsinx, on obtient :
sinx.cosxdx t dt 2
3t3/2 c2
3sin3/2xc.
Parfois le changement de variable n’est pas visible et on peut, dans certains cas, poser
xt. Plus précisément, on a le théorème suivant:
Théorème 2. Soient f une fonction continue sur I et :JI une fonction inversible
telle que C1J. Alors, en posant x t,on obtient la formule
fxdx fttdt gtdt Gtc, (3)
avec t1xx,dx tdt et Gune primitive de g. On revient ensuite à la
variable xen remplaçant t1x, d’où
fxdx G1x c. (4)
Cette méthode est dite méthode de substitution.
Exemple. Calculer dx
x2a23/2 . Dans cet exemple, le changement de variable n’est pas
visible et il est préférable d’utiliser le théorème 2 en faisant le changement suivant:
xtatgt. Dans ce cas, on a
dx adt
cos2t,x2a23/2 a3
cos3t,
et en remplaçant dans l’intégrale, on obtient, après quelques transformations
trigonométriques:
dx
x2a23/2 acos3t
a3cos2tdt 1
a2costdt 1
a2sintc.
Comme tarctg x
a, alors on a la résultat:
dx
x2a23/2 1
a2sinarctg x
2c1
a2x
x2a2c.
Remarques.
1) Le choix du changement de variable doit être judicieux et seule la pratique du calcul
intégral permet de le déterminer.
2) Comme dt dxdx dans le théorème 1, il est préférable d’écrire l’intégrale sous
la forme:
fxdx gdFc.
3) Nous conseillons au lecteur de vérifier les résultats obtenus en calculant leurs dérivées qui
5
BROCHURE D’EXERCICES D’ANALYSE 2
Intégrale indéfinie, intégrale définie et équations différentielles du premier ordre
avec réponses et corrigés par
OSMANOV H. et KHELIFATI S
————————————————————————
doivent être égales aux fonctions à intégrer.
VIII.8. Méthode d’intégration par parties. Un grand nombre d’intégrales se calculent par
la méthode d’intégration par parties qui est donnée par le théorème suivant:
Théorème. Soient u,v deux fonctions dérivables sur un intervalle I Rtelles que la
fonction uv admet une primitive sur I.Alors la fonction uvadmet une primitive sur I et on
a :
uxvxdx uxvxuxvxdx. (5)
En particulier le théorème est vrai si u,vC1I.
Symboliquement, on écrit:
u dv u.vv du .
Remarques.
1) Le choix de cette méthode n’a de sens que si l’intégrale figurant dans le membre de droite
de la formule (5) est facile à calculer.
2) Le choix des fonctions uet vdoit être judicieux et ce n’est que par la pratique des
exercices que l’on pourra plus facilement faire ce choix.
3) La pratique montre qu’un bon nombre d’intégrales susceptibles d’être calculées par la
méthode d’intégration par parties peuvent être classées en trois groupes:
a) fxlogx dx,fxarcsinx dx,fxarccosx dx,fxarctgx dx,
fxarccosx2dx,fxarctgx2dx,...dans le cas où fadmet une primitive;
b.Pxcosx dx,Pxsinx dx,Pxexdx où Pest un polynôme
R, dans ce cas, on pose uxPx;
c.excosx dx,exsinx dx ,R,sinlogxdx,
coslogxdx,,R.
Exemples. Comme pour les exemples précédents, la constante arbitraire est désignée par la
lettre cR.
1)xarctgx dx. Posons uarctgxet vx. Alors on a
1 / 140 100%
La catégorie de ce document est-elle correcte?
Merci pour votre participation!

Faire une suggestion

Avez-vous trouvé des erreurs dans l'interface ou les textes ? Ou savez-vous comment améliorer l'interface utilisateur de StudyLib ? N'hésitez pas à envoyer vos suggestions. C'est très important pour nous!