Calculer une intégrale à l'aide d'une intégrations par parties - Exercice 2

15 min
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Calculer les intégrales suivantes en intégrant par parties :
Question 1

Calculer l'intégrale suivante avec la méthode d'intégration par parties : A=12(4x2)exdxA=\int _{1}^{2}\left(4x-2\right)e^{-x} dx

Correction
    Formule d’inteˊgration par parties\red{\text{Formule d'intégration par parties}}
u\color{blue}{u} et v\color{green}{v} sont deux fonctions dérivables sur un intervalle II dont leurs dérivées u\color{red}{u'} et v\color{purple}{v'} sont continues sur II.
Pour tous réels aa et bb de II, nous avons alors :
abu(x)v(x)dx=[u(x)v(x)]ababu(x)v(x)dx\int _{a}^{b}{\color{blue}{u\left(x\right)}}{\color{purple}{v'\left(x\right)}}dx =\left[{\color{blue}{u\left(x\right)}}{\color{green}{v\left(x\right)}}\right]_{a}^{b} -\int _{a}^{b}{\color{red}{u'\left(x\right)}}{\color{green}{v\left(x\right)}}dx
Pour tout réel xx de I=[1;2]I=\left[1;2\right], on pose :
u(x)=4x2{\color{blue}{u\left(x\right)=4x-2}} \qquad on détermine uu' la deˊriveˊe\blue{\text{la dérivée}} de uu \qquad \qquad \quad u(x)=4{\color{red}{u'\left(x\right)=4}}
v(x)=ex{\color{purple}{v'\left(x\right)=e^{-x}}} \qquad on détermine vv une primitive\blue{\text{une primitive}} de vv' \qquad \qquad v(x)=ex{\color{green}{v\left(x\right)=-e^{-x}}}
Les fonctions u\color{blue}{u} et v\color{green}{v} sont dérivables sur II et les fonctions u\color{red}{u'} et v\color{purple}{v'} sont continues sur II.
D'après la formule d'intégrations par parties :
A=12(4x2)exdxA=\int _{1}^{2}{\color{blue}{\left(4x-2\right)}}{\color{purple}{e^{-x}}} dx
A=[(4x2)×(ex)]12124×(ex)dxA=\left[{\color{blue}{\left(4x-2\right)}}\times \left({\color{green}{-e^{-x}}} \right)\right]_{1}^{2} -\int _{1}^{2}{\color{red}{4}}\times\left({\color{green}{-e^{-x}}}\right)dx
A=[(4x2)×(ex)]12124exdxA={\left[\left(4x-2\right)\times \left(-e^{-x}\right)\right]}^2_1-\int^2_1{-4e^{-x}}dx
A=[(4x2)×(ex)]12+124exdxA={\left[\left(4x-2\right)\times \left(-e^{-x}\right)\right]}^2_1+\int^2_1{4e^{-x}}dx
A=[(4x2)×(ex)]12+[4ex]12A={\left[\left(4x-2\right)\times \left(-e^{-x}\right)\right]}^2_1+{\left[-4e^{-x}\right]}^2_1
A=(4×22)×(e2)(4×12)×(e1)4e2(4e1)A=\left(4\times 2-2\right)\times \left(-e^{-2}\right)-\left(4\times 1-2\right)\times \left(-e^{-1}\right)-4e^{-2}-\left(-4e^{-1}\right)
A=6(e2)2(e1)4e2+4e1A=6\left(-e^{-2}\right)-2\left(-e^{-1}\right)-4e^{-2}+4e^{-1}
A=6e2+2e14e2+4e1A=-6e^{-2}+2e^{-1}-4e^{-2}+4e^{-1}
Ainsi :
A=10e2+6e1A=-10e^{-2}+6e^{-1}
Question 2

Calculer l'intégrale suivante avec la méthode d'intégration par parties : B=13ln(x) dxB=\int^3_1{{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }dx}

Correction
B=13ln(x) dxB=\int^3_1{{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }dx} que l'on peut écrire également :
B=131×ln(x) dxB=\int^3_1{1\times {\mathrm{ln} \left(x\right)\ }dx}
    Formule d’inteˊgration par parties\red{\text{Formule d'intégration par parties}}
u\color{blue}{u} et v\color{green}{v} sont deux fonctions dérivables sur un intervalle II dont leurs dérivées u\color{red}{u'} et v\color{purple}{v'} sont continues sur II.
Pour tous réels aa et bb de II, nous avons alors :
abu(x)v(x)dx=[u(x)v(x)]ababu(x)v(x)dx\int _{a}^{b}{\color{blue}{u\left(x\right)}}{\color{purple}{v'\left(x\right)}}dx =\left[{\color{blue}{u\left(x\right)}}{\color{green}{v\left(x\right)}}\right]_{a}^{b} -\int _{a}^{b}{\color{red}{u'\left(x\right)}}{\color{green}{v\left(x\right)}}dx
Pour tout réel xx de I=[1;3]I=\left[1;3\right], on pose :
u(x)=ln(x) {\color{blue}{u\left(x\right)={\mathrm{ln} \left(x\right)\ }}} \qquad on détermine uu' la deˊriveˊe\blue{\text{la dérivée}} de uu \qquad \qquad \quad u(x)=1x{\color{red}{u'\left(x\right)=\frac{1}{x}}}
v(x)=1{\color{purple}{v'\left(x\right)=1}} \qquad on détermine vv une primitive\blue{\text{une primitive}} de vv' \qquad \qquad v(x)=x{\color{green}{v\left(x\right)=x}}
Les fonctions u\color{blue}{u} et v\color{green}{v} sont dérivables sur II et les fonctions u\color{red}{u'} et v\color{purple}{v'} sont continues sur II.
D'après la formule d'intégrations par parties :
B=13ln(x) ×1dxB=\int _{1}^{3}{\color{blue}{{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }}}\times{\color{purple}{1}} dx
B=[ln(x) ×x]13131x×xdxB=\left[{\color{blue}{{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }}}\times {\color{green}{x}} \right]_{1}^{3} -\int _{1}^{3}{\color{red}{\frac{1}{x}}}\times{\color{green}{x}}dx
B=[xln(x) ]1313xxdxB={\left[x{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }\right]}^3_1-\int^3_1{\frac{x}{x}dx}
B=[xln(x) ]13131dxB={\left[x{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }\right]}^3_1-\int^3_1{1dx}
B=[xln(x) ]13[x]13B={\left[x{\mathrm{ln} \left(x\right)\ }\right]}^3_1-{\left[x\right]}^3_1
B=3×ln(3)1×ln(1)  (31)B=3\times{\mathrm{ln} \left(3\right)-1\times{\mathrm{ln} \left(1\right)\ }\ }-\left(3-1\right)
B=3ln(3)0 2B=3{\mathrm{ln} \left(3\right)-0\ }-2
Ainsi :
B=3ln(3) 2B=3{\mathrm{ln} \left(3\right)\ }-2

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