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Primitives
Changement de variables - Exercice 2
20 min
35
Question 1
Soit
x
∈
[
0
,
π
6
]
x\in \left[0,\frac{\pi }{6}\right]
x
∈
[
0
,
6
π
]
. Calculer les primitives de
f
(
x
)
=
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
f\left(x\right)=\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}
f
(
x
)
=
(
cos
(
x
)
)
6
1
en posant
t
=
t
a
n
(
x
)
t={\mathrm{tan} \left(x\right)\ }
t
=
tan
(
x
)
.
Correction
Soit
x
∈
[
0
,
π
6
]
x\in \left[0,\frac{\pi }{6}\right]
x
∈
[
0
,
6
π
]
, on a :
f
(
x
)
=
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
f\left(x\right)=\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}
f
(
x
)
=
(
cos
(
x
)
)
6
1
On pose
t
=
t
a
n
(
x
)
\red{t={\mathrm{tan} \left(x\right)\ }}
t
=
tan
(
x
)
ce qui donne
d
t
=
(
1
+
(
t
a
n
(
x
)
)
2
)
d
x
⟹
d
t
=
(
1
+
t
2
)
d
x
⟹
d
t
(
1
+
t
2
)
=
d
x
dt=\left(1+{\left({\mathrm{tan} \left(x\right)\ }\right)}^2\right)dx\Longrightarrow dt=\left(1+t^2\right)dx\Longrightarrow {\color{blue}{\frac{dt}{\left(1+t^2\right)}=dx}}
d
t
=
(
1
+
(
tan
(
x
)
)
2
)
d
x
⟹
d
t
=
(
1
+
t
2
)
d
x
⟹
(
1
+
t
2
)
d
t
=
d
x
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
∫
(
1
(
c
o
s
(
x
)
)
2
)
3
d
x
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=\int{{\left(\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^2}\right)}^3dx}
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
∫
(
(
cos
(
x
)
)
2
1
)
3
d
x
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
∫
(
1
+
(
t
a
n
(
x
)
)
2
)
3
d
x
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=\int{{\left(1+{\left(\red{{\mathrm{tan} \left(x\right)\ }}\right)}^2\right)}^3{\color{blue}{dx}}}
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
∫
(
1
+
(
tan
(
x
)
)
2
)
3
d
x
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
∫
(
1
+
t
2
)
3
×
d
t
(
1
+
t
2
)
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=\int{{\left(1+\red{t}^2\right)}^3}\times {\color{blue}{\frac{dt}{\left(1+t^2\right)}}}
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
∫
(
1
+
t
2
)
3
×
(
1
+
t
2
)
d
t
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
∫
(
1
+
t
2
)
2
d
t
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=\int{{\left(1+t^2\right)}^2}dt
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
∫
(
1
+
t
2
)
2
d
t
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
∫
(
1
+
2
t
2
+
t
4
)
d
t
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=\int{\left(1+2t^2+t^4\right)}dt
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
∫
(
1
+
2
t
2
+
t
4
)
d
t
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
t
+
2
3
t
3
+
1
5
t
5
+
K
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}=t+\frac{2}{3}t^3+\frac{1}{5}t^5+K
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
t
+
3
2
t
3
+
5
1
t
5
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Finalement :
∫
1
(
c
o
s
(
x
)
)
6
d
x
=
t
a
n
(
x
)
+
2
3
(
t
a
n
(
x
)
)
3
+
1
5
(
t
a
n
(
x
)
)
5
+
K
\int{\frac{1}{{\left({\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right)}^6}dx}={\mathrm{tan} \left(x\right)\ }+\frac{2}{3}{\left({\mathrm{tan} \left(x\right)\ }\right)}^3+\frac{1}{5}{\left({\mathrm{tan} \left(x\right)}\right)}^5+K
∫
(
cos
(
x
)
)
6
1
d
x
=
tan
(
x
)
+
3
2
(
tan
(
x
)
)
3
+
5
1
(
tan
(
x
)
)
5
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Question 2
Soit
t
∈
[
−
1
,
+
∞
[
t\in \left[-1,+\infty\right[
t
∈
[
−
1
,
+
∞
[
. Calculer les primitives de
f
(
t
)
=
1
1
+
t
+
3
f\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}
f
(
t
)
=
1
+
t
+
3
1
en posant
u
=
1
+
t
u=\sqrt{1+t}
u
=
1
+
t
.
Correction
Soit
t
∈
[
−
1
,
+
∞
[
t\in \left[-1,+\infty\right[
t
∈
[
−
1
,
+
∞
[
, on a :
f
(
t
)
=
1
1
+
t
+
3
f\left(t\right)=\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}
f
(
t
)
=
1
+
t
+
3
1
.
On pose
u
=
1
+
t
⟹
u
2
=
1
+
t
\red{u=\sqrt{1+t}}\Longrightarrow u^2=1+t
u
=
1
+
t
⟹
u
2
=
1
+
t
ainsi
2
u
d
u
=
d
t
{\color{blue}{2udu=dt}}
2
u
d
u
=
d
t
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
∫
1
u
+
3
2
u
d
u
\int{\frac{1}{\red{\sqrt{1+t}}+3}{\color{blue}{dt}}}=\int{\frac{1}{\red{u}+3}{\color{blue}{2udu}}}
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
∫
u
+
3
1
2
u
d
u
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
∫
u
u
+
3
d
u
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\int{\frac{u}{u+3}du}
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
∫
u
+
3
u
d
u
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
∫
u
+
3
−
3
u
+
3
d
u
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\int{\frac{u+3-3}{u+3}du}
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
∫
u
+
3
u
+
3
−
3
d
u
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
∫
u
+
3
u
+
3
d
u
+
2
∫
−
3
u
+
3
d
u
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\int{\frac{u+3}{u+3}du}+\ 2\int{\frac{-3}{u+3}du}
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
∫
u
+
3
u
+
3
d
u
+
2
∫
u
+
3
−
3
d
u
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
∫
1
d
u
−
6
∫
1
u
+
3
d
u
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\int{1du}-6\int{\frac{1}{u+3}du}
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
∫
1
d
u
−
6
∫
u
+
3
1
d
u
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
u
−
6
l
n
∣
u
+
3
∣
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2u-6{\mathrm{ln} \left|u+3\right|\ }
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
u
−
6
ln
∣
u
+
3
∣
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
1
+
t
−
6
l
n
∣
1
+
t
+
3
∣
+
K
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\sqrt{1+t}-6{\mathrm{ln} \left|\sqrt{1+t}+3\right|\ }+K
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
1
+
t
−
6
ln
∣
∣
1
+
t
+
3
∣
∣
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Ainsi :
∫
1
1
+
t
+
3
d
t
=
2
1
+
t
−
6
l
n
(
1
+
t
+
3
)
+
K
\int{\frac{1}{\sqrt{1+t}+3}dt}=2\sqrt{1+t}-6{\mathrm{ln} \left(\sqrt{1+t}+3\right)\ }+K
∫
1
+
t
+
3
1
d
t
=
2
1
+
t
−
6
ln
(
1
+
t
+
3
)
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Question 3
Soit
t
∈
[
0
;
π
3
]
t\in \left[0;\frac{\pi }{3}\right]
t
∈
[
0
;
3
π
]
. Calculer les primitives de
f
(
t
)
=
t
2
1
−
t
2
f\left(t\right)=\frac{t^2}{\sqrt{1-t^2}}
f
(
t
)
=
1
−
t
2
t
2
en posant
t
=
s
i
n
(
x
)
t={\mathrm{sin} \left(x\right)\ }
t
=
sin
(
x
)
.
Correction
Soit
t
∈
[
0
;
π
3
]
t\in \left[0;\frac{\pi }{3}\right]
t
∈
[
0
;
3
π
]
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
t
2
1
−
t
2
d
t
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{t^2}{\sqrt{1-t^2}}dt}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
1
−
t
2
t
2
d
t
On pose :
t
=
s
i
n
(
x
)
\red{t={\mathrm{sin} \left(x\right)\ }}
t
=
sin
(
x
)
ainsi
d
t
=
c
o
s
(
x
)
d
x
{\color{blue}{dt={\mathrm{cos} \left(x\right)dx\ }}}
d
t
=
cos
(
x
)
d
x
D'où :
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
1
−
sin
2
(
x
)
c
o
s
(
x
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{{\sin\ }^2\left(x\right)}{\sqrt{1-{\sin\ }^2\left(x\right)}}{\mathrm{cos} \left(x\right)dx\ }}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
1
−
sin
2
(
x
)
sin
2
(
x
)
cos
(
x
)
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
cos
2
(
x
)
c
o
s
(
x
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{{\sin\ }^2\left(x\right)}{\sqrt{{\cos\ }^2\left(x\right)}}{\mathrm{cos} \left(x\right)dx\ }}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
cos
2
(
x
)
sin
2
(
x
)
cos
(
x
)
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
∣
c
o
s
(
x
)
∣
c
o
s
(
x
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{{\sin\ }^2\left(x\right)}{\left|{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }\right|}{\mathrm{cos} \left(x\right)dx\ }}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
∣
cos
(
x
)
∣
sin
2
(
x
)
cos
(
x
)
d
x
Comme
x
∈
[
0
;
π
3
]
x\in \left[0;\frac{\pi }{3}\right]\
x
∈
[
0
;
3
π
]
alors
c
o
s
(
x
)
>
0
{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }>0
cos
(
x
)
>
0
, il vient alors que :
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
c
o
s
(
x
)
c
o
s
(
x
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{{\sin\ }^2\left(x\right)}{{\mathrm{cos} \left(x\right)\ }}{\mathrm{cos} \left(x\right)dx\ }}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
cos
(
x
)
sin
2
(
x
)
cos
(
x
)
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{{\sin\ }^2\left(x\right)}dx
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
sin
2
(
x
)
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
1
2
(
1
−
c
o
s
(
2
x
)
)
d
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{1}{2}\left(1-{\mathrm{cos} \left(2x\right)\ }\right)}dx
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
2
1
(
1
−
cos
(
2
x
)
)
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
1
2
x
−
1
4
s
i
n
(
2
x
)
+
K
\int{f\left(t\right)}dt=\frac{1}{2}x-\frac{1}{4}{\mathrm{sin} \left(2x\right)\ }+K
∫
f
(
t
)
d
t
=
2
1
x
−
4
1
sin
(
2
x
)
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Or
t
=
s
i
n
(
x
)
t={\mathrm{sin} \left(x\right)\ }
t
=
sin
(
x
)
alors
a
r
c
s
i
n
(
t
)
=
x
{\mathrm{arcsin} \left(t\right)\ }=x
arcsin
(
t
)
=
x
, ce qui donne :
Finalement :
∫
f
(
t
)
d
t
=
1
2
a
r
c
s
i
n
(
t
)
−
1
4
s
i
n
(
2
a
r
c
s
i
n
(
t
)
)
+
K
\int{f\left(t\right)}dt=\frac{1}{2}{\mathrm{arcsin} \left(t\right)\ }-\frac{1}{4}{\mathrm{sin} \left(2{\mathrm{arcsin} \left(t\right)\ }\right)\ }+K
∫
f
(
t
)
d
t
=
2
1
arcsin
(
t
)
−
4
1
sin
(
2
arcsin
(
t
)
)
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Question 4
Soit
t
∈
]
0
;
+
∞
[
t\in \left]0;+\infty\right[
t
∈
]
0
;
+
∞
[
. Calculer les primitives de
f
(
t
)
=
d
t
e
t
−
e
−
t
f\left(t\right)=\frac{dt}{e^t-e^{-t}}
f
(
t
)
=
e
t
−
e
−
t
d
t
en posant
x
=
e
t
x=e^t
x
=
e
t
.
Correction
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
d
t
e
t
−
e
−
t
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{dt}{e^t-e^{-t}}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
e
t
−
e
−
t
d
t
On pose
x
=
e
t
\red{x=e^t}
x
=
e
t
ainsi
d
x
=
e
t
d
t
⟹
dx=e^tdt\Longrightarrow
d
x
=
e
t
d
t
⟹
d
x
e
t
=
d
t
⟹
d
x
x
=
d
t
\frac{dx}{e^t}=dt\Longrightarrow {\color{blue}{\frac{dx}{x}=dt}}
e
t
d
x
=
d
t
⟹
x
d
x
=
d
t
Il vient alors :
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
d
t
e
t
−
1
e
t
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{dt}{e^t-\frac{1}{e^t}}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
e
t
−
e
t
1
d
t
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
d
x
x
x
−
1
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{\frac{dx}{x}}{x-\frac{1}{x}}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
x
−
x
1
x
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
d
x
x
x
2
−
1
x
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{\frac{dx}{x}}{\frac{x^2-1}{x}}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
x
x
2
−
1
x
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
d
x
x
2
−
1
\int{f\left(t\right)}dt=\int{\frac{dx}{x^2-1}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
∫
x
2
−
1
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
−
∫
d
x
1
−
x
2
\int{f\left(t\right)}dt=-\int{\frac{dx}{1-x^2}}
∫
f
(
t
)
d
t
=
−
∫
1
−
x
2
d
x
∫
f
(
t
)
d
t
=
1
2
l
n
∣
1
+
x
1
−
x
∣
+
K
\int{f\left(t\right)}dt=\frac{1}{2}{\mathrm{ln} \left|\frac{1+x}{1-x}\right|\ }+K
∫
f
(
t
)
d
t
=
2
1
ln
∣
∣
1
−
x
1
+
x
∣
∣
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R
Or
x
=
e
t
x=e^t
x
=
e
t
ce qui nous donne :
∫
f
(
t
)
d
t
=
1
2
l
n
∣
1
+
e
t
1
−
e
t
∣
+
K
\int{f\left(t\right)}dt=\frac{1}{2}{\mathrm{ln} \left|\frac{1+e^t}{1-e^t}\right|\ }+K
∫
f
(
t
)
d
t
=
2
1
ln
∣
∣
1
−
e
t
1
+
e
t
∣
∣
+
K
où
K
∈
R
K \in \mathbb{R}
K
∈
R