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Exercice 80

\(\begin{align*} \int^5_0 f(x) .dx \end{align*}\) avec \(f(x)\) continue par morceaux

Connaissances:

  • Relation de Chasles

\(f(x)\) est continue par morceaux. Par exemple: \(f(x) = \begin{cases}10 \text{ si } x \leq 2 \\ 3x²-2 \text{ si }x>2 \end{cases}\)
Alors: 
\(\begin{align*}I & = \int_0^5 f(x)dx \\
& = \int_0^2 f(x)dx + \int_2^5 f(x)dx \\
&   = \int_0^2 10dx + \int_2^5 (3x²-2)dx \\
& = 20 + \bigg[x^3-2x \bigg]_2^5 \\
& = 20 + (125-10)-(8-4) = 131 
\end{align*}\)

\[\boxed {\begin{align*} I = 131 \end{align*}}\]

Exercice 79

\(\begin{align*} \int arctan (x) .dx \end{align*}\)

Connaissances:

  • Intégration par parties
  • Changement de variable trigonométrique
  • Trigonométrie

\(\begin{align*}I & = \int arctan ( x).dx     \end{align*}\)

Pour résoudre cette intégrale, il faut passer par une Intégration par Parties

  \(D\)   \(I\)
\(+\) \(arctan(x)\)   \(1\)
    \(\searrow\)  
\(-\) \(\frac{1}{1+x²}\) \(\rightarrow\) \(x\)

\(\begin{align*}I &   = x.arctan(x) - \int \frac{x}{1+x²}dx \\
& = x.arctan(x) - \frac{1}{2} \int \frac{2x}{1+x²}dx \\
& = x.arctan(x) - \frac{1}{2} ln(1+x²) +C  \end{align*}\)

\[\boxed {\begin{align*} I = x.arctan(x) - \frac{1}{2} ln(1+x²) +C(\in \mathbb R) \end{align*}}\]

Exercice 78

\(\begin{align*} \int sin^{-1}(\sqrt{x}) dx \end{align*}\)

Connaissances:

  • Intégration par parties
  • Changement de variable trigonométrique
  • Trigonométrie

 

Posons le changement de variable \(u = \sqrt x \Rightarrow t=u² \Rightarrow dt = 2u.du\)
\(\begin{align*}I & = \int sin^{-1}(\sqrt x).dx  = \int sin^{-1}u \times 2u.du \\   \end{align*}\)

Essayons une intégration par partie, en essayant de se débarraser de \(sin^{-1}\), donc en le dérivant:

  \(D\)   \(I\)
\(+\) \(sin^{-1}u\)   \(2u\)
    \(\searrow\)  
\(-\) \(\frac{1}{\sqrt{1-u²}}\) \(\rightarrow\) \(u²\)

\(\begin{align*}I &   = \int sin^{-1}u \times 2u.du \\
& = u²sin^{-1}u-\int \frac{u²}{\sqrt{1-u²}}du = u²sin^{-1}u-I_1  \end{align*}\)

Pour calculer \(I_1\), posons le changement de variable: \(u=sint \Rightarrow du =cost.dt\)
\(\begin{align*}I_1 &  = \int \frac{u²}{\sqrt{1-u²}}du  =  \int \frac{sin²t}{\sqrt{1-sin²t}}cost.dt \\
& = \int \frac{sin²t}{\sqrt{cos²t}}cost.dt  = \int sin²t.dt \\ 
& = \frac{1}{2}\int (1-cos(2t)).dt +C = \frac{1}{2}(t-\frac{1}{2}sin(2t)) +C \\
& = \frac{1}{2}(t-\frac{1}{2}2.sint.cost) +C = \frac{1}{2}t-\frac{1}{2}sint.cost +C \\
\end{align*}\)

Un petit dessin de triangle rectrangle: t= angle, u = cote opposé , 1 = hypothénuse
\(u=sin t  \Rightarrow sint = u/1 \Rightarrow \begin{cases} sint = u \\ cos t = \sqrt{1-u²}\end{cases}\)
\(\begin{align*}I_1  = \frac{1}{2}t-\frac{1}{2}sint.cost = \frac{1}{2}sin^{-1}u-\frac{1}{2}u.\sqrt{1-u²} \\
\end{align*}\)

On peut maintenant calculer \(I\):
\(\begin{align*}I &   = u²sin^{-1}u-I_1 \\
& = u²sin^{-1}u - \frac{1}{2}sin^{-1}u + \frac{1}{2}u.\sqrt{1-u²} +C \\
& = xsin^{-1}\sqrt x - \frac{1}{2}sin^{-1}\sqrt x + \frac{1}{2}\sqrt x.\sqrt{1-x} +C \\ \end{align*}\)

\[\boxed {\begin{align*} I = xsin^{-1}\sqrt x - \frac{1}{2}sin^{-1}\sqrt x + \frac{1}{2}\sqrt x.\sqrt{1-x} +C(\in \mathbb R) \end{align*}}\]

Exercice 77

\(\begin{align*} \int x^{\frac{x}{lnx}}dx \end{align*}\)

Connaissances:

  • Calcul avec exponentiel

 

Multiplions par le conjugué du dénominateur \(1-x\): 
\(\begin{align*}I & = \int x^{\frac{x}{lnx}}dx \\ & = \int (e^{lnx})^{\frac{x}{lnx}}dx \\ 
& = \int e^xdx = e^x+C   \end{align*}\)

\[\boxed {\begin{align*} I = e^x +C(\in \mathbb R) \end{align*}}\]

Exercice 76

\(\begin{align*} \int \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}dx \end{align*}\)

Connaissances:

  • Multiplication par le conjugué du dénominateur
  • Trigonométrie: dérivée de \(sin^{-1}x= \frac{1}{\sqrt{1-x²}}\)
  • Exercice 12

 

Multiplions par le conjugué du dénominateur \(1-x\): 
\(\begin{align*}I & = \int \sqrt{\frac{1-x}{1+x}}dx =  \int \sqrt{\frac{(1-x)(1-x)}{(1+x)(1-x)}}dx \\ 
& = \int \sqrt{\frac{(1-x)²}{1-x²}}dx = \int \frac{1-x}{\sqrt{1-x²}}dx  \\
& = \int \frac{1}{\sqrt{1-x²}} - \int \frac{x}{\sqrt{1-x²}}dx \\
& = sin^{-1}x + \sqrt{1-x²} +C \end{align*}\)

\[\boxed {\begin{align*} I = sin^{-1}x + \sqrt{1-x²} +C(\in \mathbb R) \end{align*}}\]

Pour se convaincre; on essaiera de dériver \( \sqrt{1-x²} \) et on trouvera : \(\frac{x}{\sqrt{1-x²}}\) 

  1. Exercice 75
  2. Exercice 74
  3. Exercice 73
  4. Exercice 72

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