Primitives et calcul intégral

Calculs d'intégrales - Exercice 1

30 min
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Calculer les intégrales suivantes.
Comment calculer l'intégrale I=abf(x)dxI=\int _{a}^{b}f\left(x\right) dx ?
1ère étape : on calcule une primitive de ff notée FF.
2ème étape : I=F(b)F(a)I=F\left(b\right)-F\left(a\right) et on effectue le calcul numérique.
Question 1

I=01(2x+1)dxI=\int _{0}^{1}\left(2x+1\right) dx

Correction
Soit f(x)=2x+1f\left(x\right)=2x+1 alors F(x)=x2+xF\left(x\right)=x^{2} +x. (dans le calcul d'une intégrale on ne mettra pas le kk dans la primitive)
Il vient alors que :
I=F(1)F(0)I=F\left(1\right)-F\left(0\right) équivaut successivement à :
I=(12+1)(02+0)I=\left(1^{2} +1\right)-\left(0^{2} +0\right)
I=2I=2
Finalement :
01(2x+1)dx=2\int _{0}^{1}\left(2x+1\right) dx=2
Question 2

I=11(x2x)dxI=\int _{-1}^{1}\left(x^{2} -x\right) dx

Correction
Soit f(x)=x2xf\left(x\right)=x^{2} -x alors F(x)=13x312xF\left(x\right)=\frac{1}{3} x^{3} -\frac{1}{2} x.
Il vient alors que :
I=F(1)F(1)I=F\left(1\right)-F\left(-1\right) équivaut successivement à :
I=(13×(1)312×(1)2)(13×(1)312×(1)2)I=\left(\frac{1}{3} \times \left(1\right)^{3} -\frac{1}{2} \times \left(1\right)^{2} \right)-\left(\frac{1}{3} \times \left(-1\right)^{3} -\frac{1}{2} \times \left(-1\right)^{2} \right)
I=23I=\frac{2}{3}
Finalement :
11(x2x)dx=23\int _{-1}^{1}\left(x^{2} -x\right) dx=\frac{2}{3}
Question 3

I=21(x2+3x+1)dxI=\int _{-2}^{1}\left(x^{2} +3x+1\right) dx

Correction
Soit f(x)=x2+3x+1f\left(x\right)=x^{2} +3x+1 alors F(x)=13x3+32x2+xF\left(x\right)=\frac{1}{3} x^{3} +\frac{3}{2} x^{2} +x.
Il vient alors que :
I=F(1)F(2)I=F\left(1\right)-F\left(-2\right) équivaut successivement à :
I=(13×(1)3+32×(1)2+1)(13×(2)3+32×(2)22)I=\left(\frac{1}{3} \times \left(1\right)^{3} +\frac{3}{2} \times \left(1\right)^{2} +1\right)-\left(\frac{1}{3} \times \left(-2\right)^{3} +\frac{3}{2} \times \left(-2\right)^{2} -2\right)
I=32I=\frac{3}{2}
Finalement :
21(x2+3x+1)dx=32\int _{-2}^{1}\left(x^{2} +3x+1\right) dx=\frac{3}{2}
Question 4

I=01(t3+2t2+t13)dtI=\int _{0}^{1}\left(\frac{t^{3} +2t^{2} +t-1}{3} \right) dt

Correction
Dans cet exemple, nous avons des tt au lieu de la variable xx de d'habitude. On fera la primitive comme d'abitude.
I=01(t3+2t2+t13)dtI=\int _{0}^{1}\left(\frac{t^{3} +2t^{2} +t-1}{3} \right) dt
On simplifie l'expression :
I=01(13t3+23t2+13t13)dtI=\int _{0}^{1}\left(\frac{1}{3} t^{3} +\frac{2}{3} t^{2} +\frac{1}{3} t-\frac{1}{3} \right) dt
Soit f(t)=13t3+23t2+13t13f\left(t\right)=\frac{1}{3} t^{3} +\frac{2}{3} t^{2} +\frac{1}{3} t-\frac{1}{3} alors F(t)=112t4+29t3+16t213tF\left(t\right)=\frac{1}{12} t^{4} +\frac{2}{9} t^{3} +\frac{1}{6} t^{2} -\frac{1}{3} t.
Il vient alors que :
I=F(1)F(0)I=F\left(1\right)-F\left(0\right) équivaut successivement à :
I=(112×14+29×13+16×1213×1)(112×04+29×03+16×0213×0)I=\left(\frac{1}{12} \times 1^{4} +\frac{2}{9} \times 1^{3} +\frac{1}{6} \times 1^{2} -\frac{1}{3} \times 1\right)-\left(\frac{1}{12} \times 0^{4} +\frac{2}{9} \times 0^{3} +\frac{1}{6} \times 0^{2} -\frac{1}{3} \times 0\right)
I=112+29+16130I=\frac{1}{12} +\frac{2}{9} +\frac{1}{6} -\frac{1}{3} -0
I=536I=\frac{5}{36}
Finalement :
01(t3+2t2+t13)dt=536\int _{0}^{1}\left(\frac{t^{3} +2t^{2} +t-1}{3} \right) dt=\frac{5}{36}
Question 5

I=11(3t+4)dtI=\int _{-1}^{1}\left(3t+4\right) dt

Correction
Soit f(t)=3t+4f\left(t\right)=3t+4 alors F(t)=32t2+4tF\left(t\right)=\frac{3}{2} t^{2} +4t.
Il vient alors que :
I=F(1)F(1)I=F\left(1\right)-F\left(-1\right) équivaut successivement à :
I=(32+4)(32×(1)2+4×(1))I=\left(\frac{3}{2} +4\right)-\left(\frac{3}{2} \times \left(-1\right)^{2} +4\times \left(-1\right)\right)
I=8I=8
Finalement :
11(3t+4)dt=8\int _{-1}^{1}\left(3t+4\right) dt=8
Question 6

I=02(2x+2)(x1)dxI=\int _{0}^{2}\left(2x+2\right)\left(x-1\right) dx

Correction
Soit f(x)=(2x+2)(x1)f\left(x\right)=\left(2x+2\right)\left(x-1\right), on développe ff, on obtient f(x)=2x22f\left(x\right)=2x^{2} -2
Alors F(x)=23x32xF\left(x\right)=\frac{2}{3} x^{3} -2x.
Il vient alors que :
I=F(2)F(0)I=F\left(2\right)-F\left(0\right)
I=(23×(2)32×2)(0)I=\left(\frac{2}{3} \times \left(2\right)^{3} -2\times 2\right)-\left(0\right)
I=43I=\frac{4}{3}
Finalement :
02(2x+2)(x1)dx=43\int _{0}^{2}\left(2x+2\right)\left(x-1\right) dx=\frac{4}{3}
Question 7

I=01dxI=\int _{0}^{1} dx

Correction
I=01dxI=\int _{0}^{1} dx s'écrit également : I=011dxI=\int _{0}^{1}1 dx
Soit f(x)=1f\left(x\right)=1~alors F(x)=xF\left(x\right)=x.
Il vient alors que :
I=F(1)F(0)I=F\left(1\right)-F\left(0\right) équivaut successivement à :
I=(1)(0)I=\left(1\right)-\left(0\right)
I=1I=1
Finalement :
01dx=1\int _{0}^{1} dx=1
Question 8

I=12(1x+2x2)dxI=\int _{1}^{2}\left(-\frac{1}{x} +\frac{2}{x^{2} } \right) dx

Correction
Soit f(x)=1f\left(x\right)=1 alors F(x)=ln(x)2xF\left(x\right)=-\ln \left(x\right)-\frac{2}{x} .
Il vient alors que :
I=F(2)F(1)I=F\left(2\right)-F\left(1\right) équivaut successivement à :
I=(ln(2)22)(ln(1)21)I=\left(-\ln \left(2\right)-\frac{2}{2} \right)-\left(-\ln \left(1\right)-\frac{2}{1} \right)
I=ln(2)1+2I=-\ln \left(2\right)-1+2
I=ln(2)+1I=-\ln \left(2\right)+1
Finalement :
12(1x+2x2)dx=ln(2)+1\int _{1}^{2}\left(-\frac{1}{x} +\frac{2}{x^{2} } \right) dx=-\ln \left(2\right)+1
Question 9

I=12(2t2t+5t)dtI=\int _{1}^{2}\left(\frac{2t^{2} -t+5}{t} \right) dt

Correction
Soit f(t)=2t2t+5tf\left(t\right)=\frac{2t^{2} -t+5}{t} , on simplifie l'écriture de ff qui devient f(t)=2t1+5tf\left(t\right)=2t-1+\frac{5}{t}
Alors F(t)=t2t+5ln(t)F\left(t\right)=t^{2} -t+5\ln \left(t\right).
Il vient alors que :
I=F(2)F(1)I=F\left(2\right)-F\left(1\right)
I=(222+5ln(2))(11+5ln(1))I=\left(2^{2} -2+5\ln \left(2\right)\right)-\left(1-1+5\ln \left(1\right)\right)
I=5ln(2)+2I=5\ln \left(2\right)+2
Finalement :
12(2t2t+5t)dt=5ln(2)+2\int _{1}^{2}\left(\frac{2t^{2} -t+5}{t} \right) dt=5\ln \left(2\right)+2
Question 10

I=1e(2+1x)dxI=\int _{1}^{e}\left(2+\frac{1}{x} \right) dx

Correction
Soit f(x)=2+1xf\left(x\right)=2+\frac{1}{x} alors F(x)=2x+ln(x)F\left(x\right)=2x+\ln \left(x\right).
Il vient alors que :
I=F(e)F(1)I=F\left(e\right)-F\left(1\right) équivaut successivement à :
I=(2×e+ln(e))(2×1+ln(1))I=\left(2\times e+\ln \left(e\right)\right)-\left(2\times 1+\ln \left(1\right)\right)
I=2e+12I=2e+1-2
Finalement :
1e(2+1x)dx=2e1\int _{1}^{e}\left(2+\frac{1}{x} \right) dx=2e-1
Question 11

I=01(2et+t)dtI=\int _{0}^{1}\left(2e^{t} +t\right) dt

Correction
Soit f(t)=2et+tf\left(t\right)=2e^{t} +t alors F(t)=2et+12t2F\left(t\right)=2e^{t} +\frac{1}{2} t^{2} .
Il vient alors que :
I=F(1)F(0)I=F\left(1\right)-F\left(0\right) équivaut successivement à :
I=(2e1+12)(2e0+12×0)I=\left(2e^{1} +\frac{1}{2} \right)-\left(2e^{0} +\frac{1}{2} \times 0\right)
I=2e132I=2e^{1} -\frac{3}{2}
Finalement :
01(2et+t)dt=2e132\int _{0}^{1}\left(2e^{t} +t\right) dt=2e^{1} -\frac{3}{2}