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Primitives

Calculer des primitives de fonctions contenant des radicaux de la forme xax2+bx+cx\longmapsto \sqrt{ax^2+bx+c} - Exercice 1

10 min
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Question 1

Déterminer le domaine de primitivation et une primitive AA de la fonction a:x6x54x2+12x5a:x\mapsto \frac{6x-5}{\sqrt{-4x^2+12x-5}} .

Correction
La fonction aa admet des primitives si 4x2+12x5>0-4x^2+12x-5>0 . Le domaine de primitivation de la fonction aa est alors I=]12,52[I=\left]\frac{1}{2},\frac{5}{2}\right[ .
Soit xIx \in I .
A=6x54x2+12x5 dxA=\int{\frac{6x-5}{\sqrt{-4x^2+12x-5}}}\ dx
  • Toute fonction polynôme ff du second degré définie sur R\mathbb{R} par f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^2+bx+c admet une écriture, appelée forme canonique, telle que f(x)=a(x+b2a)2b24ac4af\left(x\right)=a{\left(x+\frac{b}{2a}\right)}^2-\frac{b^2-4ac}{4a}
On calcule la forme canonique de x4x2+12x5x\mapsto -4x^2+12x-5 qui est x4(x+122×(4))21224×(4)×(5)4×(4)x\mapsto -4{\left(x+\frac{12}{2\times \left(-4\right)}\right)}^2-\frac{{12}^2-4\times \left(-4\right)\times \left(-5\right)}{4\times \left(-4\right)}
Après simplification, on obtient x4(x32)2+4x\mapsto -4{\left(x-\frac{3}{2}\right)}^2+4
A=6x54(x32)2+4 dxA=\int{\frac{6x-5}{\sqrt{-4{\left(x-\frac{3}{2}\right)}^2+4}}}\ dx
A=6x54(1(x32)2) dxA=\int{\frac{6x-5}{\sqrt{4\left(1-{\left(x-\frac{3}{2}\right)}^2\right)}}}\ dx
A=126x51(x32)2 dxA=\frac{1}{2}\int{\frac{6x-5}{\sqrt{1-{\left(x-\frac{3}{2}\right)}^2}}}\ dx
A=126x51(2x32)2 dxA=\frac{1}{2}\int{\frac{6x-5}{\sqrt{1-{\left(\frac{2x-3}{2}\right)}^2}}}\ dx
On pose u=2x32u=\frac{2x-3}{2} alors du=dxdu=dx.
De plus u=2x32x=2u+32u=\frac{2x-3}{2}\Longleftrightarrow x=\frac{2u+3}{2}
Il vient alors que :
A=126x51(2x32)2 dxA=\frac{1}{2}\int{\frac{6x-5}{\sqrt{1-{\left(\frac{2x-3}{2}\right)}^2}}}\ dx
A=126×(2u+32)51u2duA=\frac{1}{2}\int{\frac{6\times \left(\frac{2u+3}{2}\right)-5}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=123×(2u+3)51u2duA=\frac{1}{2}\int{\frac{3\times \left(2u+3\right)-5}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=126u+951u2duA=\frac{1}{2}\int{\frac{6u+9-5}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=126u+41u2duA=\frac{1}{2}\int{\frac{6u+4}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=3u+21u2duA=\int{\frac{3u+2}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=3u1u2du+21u2duA=\int{\frac{3u}{\sqrt{1-u^2}}du}+\int{\frac{2}{\sqrt{1-u^2}}du}
A=322u1u2du+211u2duA=-\frac{3}{2}\int{\frac{-2u}{\sqrt{1-u^2}}du}+2\int{\frac{1}{\sqrt{1-u^2}}du}
Soit x]1,1[x\in \left]-1,1\right[
  • 11u2=arcsin(x) +C ouˋ CR\int{\frac{1}{\sqrt{1-u^2}}={\mathrm{arcsin} \left(x\right)\ }+C}\ \text{où}\ C\in \mathbb{R}
  • A=32×(21u2)+2arcsin(u) A=-\frac{3}{2}\times \left(2\sqrt{1-u^2}\right)+2{\mathrm{arcsin} \left(u\right)\ }
    A=31u2+2arcsin(u) A=-3\sqrt{1-u^2}+2{\mathrm{arcsin} \left(u\right)\ }
    Finalement :
    A=31(2x32)2+2arcsin(2x32) A=-3\sqrt{1-{\left(\frac{2x-3}{2}\right)}^2}+2{\mathrm{arcsin} \left(\frac{2x-3}{2}\right)\ }
    Question 2

    Déterminer le domaine de primitivation et une primitive BB de la fonction b:x2x79x236x+45b:x\mapsto \frac{2x-7}{\sqrt{9x^2-36x+45}} .

    Correction
    La fonction aa admet des primitives si 9x236x+45>09x^2-36x+45>0 . Le domaine de primitivation de la fonction aa est alors I=RI=\mathbb{R} .
    Soit xIx \in I .
    B=2x79x236x+45 dxB=\int{\frac{2x-7}{\sqrt{9x^2-36x+45}}}\ dx
    • Toute fonction polynôme ff du second degré définie sur R\mathbb{R} par f(x)=ax2+bx+cf\left(x\right)=ax^2+bx+c admet une écriture, appelée forme canonique, telle que f(x)=a(x+b2a)2b24ac4af\left(x\right)=a{\left(x+\frac{b}{2a}\right)}^2-\frac{b^2-4ac}{4a}
    On calcule la forme canonique de x9x236x+45x\mapsto 9x^2-36x+45 qui est x9(x+362×9)2(36)24×9×454×9x\mapsto 9{\left(x+\frac{-36}{2\times 9}\right)}^2-\frac{{\left(-36\right)}^2-4\times 9\times 45}{4\times 9}
    Après simplification, on obtient x9(x2)2+9x\mapsto 9{\left(x-2\right)}^2+9
    B=2x79x236x+45 dxB=\int{\frac{2x-7}{\sqrt{9x^2-36x+45}}}\ dx
    B=2x79(x2)2+9 dxB=\int{\frac{2x-7}{\sqrt{9{\left(x-2\right)}^2+9}}}\ dx
    B=2x79((x2)2+1)dxB=\int{\frac{2x-7}{\sqrt{9\left({\left(x-2\right)}^2+1\right)}}dx}
    B=132x7(x2)2+1dxB=\frac{1}{3}\int{\frac{2x-7}{\sqrt{{\left(x-2\right)}^2+1}}dx}
    On pose u=x2u=x-2 alors du=dxdu=dx.
    De plus u=x2x=u+2u=x-2\Longleftrightarrow x=u+2
    Il vient alors que :
    B=132x7(x2)2+1dxB=\frac{1}{3}\int{\frac{2x-7}{\sqrt{{\left(x-2\right)}^2+1}}dx}
    B=132(u+2)7u2+1duB=\frac{1}{3}\int{\frac{2\left(u+2\right)-7}{\sqrt{u^2+1}}du}
    B=132u+47u2+1duB=\frac{1}{3}\int{\frac{2u+4-7}{\sqrt{u^2+1}}du}
    B=132u3u2+1duB=\frac{1}{3}\int{\frac{2u-3}{\sqrt{u^2+1}}du}
    B=132uu2+1du+133u2+1duB=\frac{1}{3}\int{\frac{2u}{\sqrt{u^2+1}}du}+\frac{1}{3}\int{\frac{-3}{\sqrt{u^2+1}}du}
    B=132uu2+1du1u2+1duB=\frac{1}{3}\int{\frac{2u}{\sqrt{u^2+1}}du}-\int{\frac{1}{\sqrt{u^2+1}}du}
    Soit xRx\in \mathbb{R}
  • 11+u2=argsh(x) +C ouˋ CR\int{\frac{1}{\sqrt{1+u^2}}={\mathrm{argsh} \left(x\right)\ }+C}\ \text{où}\ C\in \mathbb{R}
  • B=13×(21+u2)argsh(u) B=\frac{1}{3}\times \left(2\sqrt{1+u^2}\right)-{\mathrm{argsh} \left(u\right)\ }
    B=231+u2argsh(u) B=\frac{2}{3}\sqrt{1+u^2}-{\mathrm{argsh} \left(u\right)\ }
    Finalement :
    B=231+(x2)2argsh(x2) B=\frac{2}{3}\sqrt{1+\left(x-2\right)^2}-{\mathrm{argsh} \left(x-2\right)\ }