Patience et logique sont bien souvent les sources de la réussie.
Question 1
Soit t un nombre réel tel que 0<t⩽2. On pose ℓ=x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt.
Déterminer la valeur de ℓ.
Correction
Notons par I l'intervalle ]0;2]. Sur cet intervalle la fonction t⟼tan2(t)t est continue, et donc la limite x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt existe bien. On a : ∫x3xtan2(t)tdt=∫x3xsin2(t)tcos2(t)dt=∫x3xsin2(t)t(1−sin2(t))dt=∫x3xsin2(t)t−tsin2(t))dt Ce qui nous donne : ∫x3xtan2(t)tdt=∫x3x(sin2(t)t−sin2(t)tsin2(t))dt=∫x3x(sin2(t)t−t)dt Par linéarité : ∫x3xtan2(t)tdt=∫x3xsin2(t)tdt−∫x3xtdt Avec : ∫x3xtdt=[2t2]x3x=2(3x)2−2x2=29x2−2x2=29x2−x2=28x2=4x2 Puis, à l'aide d'une intégration par parties, et en se souvenant que (−tan(t)1)′=sin2(t)1, on a : ∫x3xsin2(t)tdt=∫x3xt×sin2(t)1dt=[t×(−tan(t)1)]x3x−∫x3x1×tan(t)−1dt Soit : ∫x3xsin2(t)tdt=[−tan(t)t]x3x+∫x3xtan(t)1dt=[tan(t)t]3xx+∫x3xsin(t)cos(t)dt Soit encore : ∫x3xsin2(t)tdt=tan(x)x−tan(3x)3x+∫x3xsin(t)(sin(t))′dt=tan(x)x−tan(3x)3x+[ln(∣sin(t)∣)]x3x Avec : [ln(∣sin(t)∣)]x3x=ln(∣sin(3x)∣)−ln(∣sin(x)∣)=ln(∣sin(x)∣∣sin(3x)∣)=ln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣) Donc : ∫x3xsin2(t)tdt=tan(x)x−tan(3x)3x+ln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣) Ainsi, on a : ∫x3xtan2(t)tdt=tan(x)x−tan(3x)3x+ln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣)−4x2 D'où : x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt=x⟶0lim(tan(x)x−tan(3x)3x+ln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣)−4x2) Ce qui nous donne : x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt=x⟶0limtan(x)x−x⟶0limtan(3x)3x+x⟶0limln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣)−x⟶0lim4x2 Et on a, puisque x⟶0, tan(x)0∼x ainsi que sin(x)0∼x : ∙x⟶0limtan(x)x=x⟶0limxx=x⟶0lim11=x⟶0lim1=1 ∙∙x⟶0limtan(3x)3x=x⟶0lim3x3x=x⟶0limxx=x⟶0lim11=x⟶0lim1=1 ∙∙∙x⟶0limln(∣∣sin(x)sin(3x)∣∣)=x⟶0limln(∣∣x3x∣∣)=x⟶0limln(∣3∣)=x⟶0limln(3)=ln(3) ∙∙∙∙x⟶0lim4x2=4x⟶0limx2=0 Ce qui nous donne : x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt=1−1+ln(3)−0 Finalement, on obtient : x⟶0lim∫x3xtan2(t)tdt=ln(3)