\( \begin{align*} I & =  \int \frac{1}{x^4+x}dx \end{align*}\)

Connaissances:

  • décomposition en éléments simples
  • racines d'un polynome du 2nd degré
  •  

\( \begin{align*} I & =  \int \frac{1}{x^4+x}dx \\
& = \int \frac{1}{x(x^3+1)}dx \\
& = \int \frac{1}{x(x+1)(x²-x+1)}dx \\
\end{align*}\)

Procédons maintenant à une décomposition en éléments simples:
\( \begin{align*}& \frac{1}{x(x+1)(x²-x+1)} = \frac{A}{x} +\frac{B}{x+1} + \frac{Cx+D}{x²-x+1} \\
& \begin{cases} \times (x+1) \text{ et } x=-1 \Rightarrow \frac{1}{-1((-1)²-1-1)}=B & \Rightarrow   B=1 \\
 \times x \text{ et }x=0 \Rightarrow  \frac{1}{(0+1)(0²-0+1)}=A & \Rightarrow   A=1 \\
\Rightarrow \frac{1}{x(x+1)(x²-x+1)} = \frac{1}{x} +\frac{1}{x+1} + \frac{Cx+D}{x²-x+1} \\
x=1 \Rightarrow \frac{1}{2}= 1+\frac{1}{2} + \frac{C+D}{1} & \Rightarrow C+D=-1 \\
x=2 \Rightarrow \frac{1}{2(2+1)(2²-2+1}= \frac{1}{2}+\frac{1}{2+1}+ \frac{2C+D}{2²-2+1} \\
\Rightarrow \frac{1}{18}= \frac{5}{6}+ \frac{2C+D}{3} & \Rightarrow  2C+D = \frac{-14}{6}=\frac{-7}{3} \\
\Rightarrow \begin{cases}C=\frac{-7}{3}+1 = \frac{-4}{3} & & \Rightarrow C= \frac{-4}{3} \\
D= -1-C=-1+ \frac{4}{3} & & \Rightarrow D = \frac{1}{3} 
\end{cases} \end{cases} \\
&\Rightarrow \frac{1}{x(x+1)(x²-x+1)} = \frac{1}{x} +\frac{1}{x+1} + \frac{-4/3x+1/3}{x²-x+1} 
\end{align*}\)

Autre méthode :

\( \begin{align*} I & =  \int \frac{1}{x^4+x}dx \\
& =  \int \frac{1}{x^4(1+x^{-3})}dx \\
& =  \int \frac{x^{-4}}{1+x^{-3}}dx \\
\end{align*}\)

On remarque une forme en \(u'/u\). Procédons maintenant à un changement de variable:

\( \begin{align*}  & \begin{cases}  u = 1+x^{-3} \\ du = -3x^{-4}dx \Rightarrow dx =\frac{du}{-3x^{-4}}   \end{cases} \\
I & =  \int \frac{x^{-4}}{1+x^{-3}}dx \\
& =  \int \frac{x^{-4}}{u} \times \frac{du}{-3x^{-4}} \\
& =  -\frac{1}{3}\int \frac{du}{u} \\
& =  -\frac{1}{3} ln \lvert u \rvert +C \\
& = -\frac{1}{3} ln \lvert 1+x^{-3} \rvert +C
\end{align*}\)

\[ \boxed{ \begin{align*} I = -\frac{1}{3} ln \lvert 1+x^{-3} \rvert +C(\in \mathbb R) \end{align*}}\]