La fonction logarithme

Primitives un peu plus compliquées - Exercice 1

15 min
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Soit ff une fonction continue sur ]32;+[\left]-\frac{3}{2} ;+\infty \right[ définie par f(x)=3x+42x+3f\left(x\right)=\frac{3x+4}{2x+3}
Question 1

Déterminer les réels aa et bb tels que f(x)=a+b2x+3f\left(x\right)=a+\frac{b}{2x+3}

Correction
Nous allons mettre l'expression au même dénominateur puis résoudre un système par identification.
Il vient alors :
f(x)=a+b2x+3f\left(x\right)=a+\frac{b}{2x+3} équivaut successivement à
f(x)=a(2x+3)2x+3+b2x+3f\left(x\right)=\frac{a\left(2x+3\right)}{2x+3} +\frac{b}{2x+3}
f(x)=2ax+3a+b2x+3f\left(x\right)=\frac{2ax+3a+b}{2x+3}
On doit avoir :
2ax+3a+b2x+3=3x+42x+3\frac{{\color{blue}2a}x+{\color{red}3a+b}}{2x+3} =\frac{{\color{blue}3}x+{\color{red}4}}{2x+3}

Il faut que les numérateurs soient égaux.
Or deux polynômes sont égaux si et seulement si leurs coefficients respectifs sont égaux.
On en déduit le système suivant :
{2a=33a+b=4\left\{\begin{array}{ccc} {{\color{blue}2a}} & {=} & {{\color{blue}3}} \\ {{\color{red}3a+b}} & {=} & {{\color{red}4}} \end{array}\right.
{a=323a+b=4\left\{\begin{array}{ccc} {a} & {=} & {\frac{3}{2} } \\ {3a+b} & {=} & {4} \end{array}\right.
{a=323×32+b=4\left\{\begin{array}{ccc} {a} & {=} & {\frac{3}{2} } \\ {3\times \frac{3}{2} +b} & {=} & {4} \end{array}\right.
{a=3292+b=4\left\{\begin{array}{ccc} {a} & {=} & {\frac{3}{2} } \\ {\frac{9}{2} +b} & {=} & {4} \end{array}\right.
{a=32b=492\left\{\begin{array}{ccc} {a} & {=} & {\frac{3}{2} } \\ {b} & {=} & {4-\frac{9}{2} } \end{array}\right.
{a=32b=12\left\{\begin{array}{ccc} {a} & {=} & {\frac{3}{2} } \\ {b} & {=} & {\frac{-1}{2} } \end{array}\right.
Il en résulte donc que :
f(x)=32+(12)2x+3f\left(x\right)=\frac{3}{2} +\frac{\left(\frac{-1}{2} \right)}{2x+3}
Question 2

En déduire une primitive de ff tel que F(1)=2F\left(-1\right)=2

Correction
On sait que :
f(x)=32+(12)2x+3f\left(x\right)=\frac{3}{2} +\frac{\left(\frac{-1}{2} \right)}{2x+3} , autrement dit : f(x)=32+(12)×12x+3f\left(x\right)=\frac{3}{2} +\left(\frac{-1}{2} \right)\times \frac{1}{2x+3}
Pour calculer les primitives de ff.
Commençons par calculer les primitives de g(x)=(12)×12x+3g\left(x\right)=\left(\frac{-1}{2} \right)\times \frac{1}{2x+3}
On reconnait une forme uu\frac{u'}{u}

Finalement :
F(x)=32x14ln(2x+3)+kF\left(x\right)=\frac{3}{2} x-\frac{1}{4} \ln \left(2x+3\right)+kkRk\in \mathbb{R}

Or F(1)=2F\left(-1\right)=2 équivaut successivement à
32×(1)14ln(2×(1)+3)+k=2\frac{3}{2} \times \left(-1\right)-\frac{1}{4} \ln \left(2\times \left(-1\right)+3\right)+k=2
32+k=2-\frac{3}{2} +k=2
k=72k=\frac{7}{2}

On peut conclure que :
F(x)=32x14ln(2x+3)+72F\left(x\right)=\frac{3}{2} x-\frac{1}{4} \ln \left(2x+3\right)+\frac{7}{2}