Intégration

Calculs d'intégrales faisant intervenir les primitives de la forme : xu(x)un(x)\red{x\mapsto \frac{u'\left(x\right)}{u^{n} \left(x\right)}} - Exercice 1

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Il est impeˊratif d’avoir revu le chapitre des primitives pour appreˊhender sereinement les calculs d’inteˊgrales.\red{\text{Il est impératif d'avoir revu le chapitre des primitives pour appréhender sereinement les calculs d'intégrales.}}
Calculer les intégrales suivantes.
Question 1

I=12(3(3x+2)2)dxI=\int _{1}^{2}\left(\frac{3}{\left(3x+2\right)^{2}} \right) dx

Correction
Soit n\color{brown}{n} un entier tel que n2n\ge 2
  • Une primitive de uun\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}^{{\color{brown}{n}}}} est de la forme 1(n1)un1\frac{-1}{\left({\color{brown}{n}}-1\right)\color{red}{u}^{{\color{brown}{n}-1}} }
  • Soit f(x)=3(3x+2)2f\left(x\right)=\frac{3}{\left(3x+2\right)^{2}}.
    Nous allons commencer par calculer une primitive de\blue{\text{Nous allons commencer par calculer une primitive de}} f\blue{f}
    La fonction ff est de la forme uun\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}^{{\color{brown}{n}}}} avec u(x)=3x+2{\color{red}{u\left(x\right)=3x+2}} et n=2{\color{brown}{n=2}}
    De plus, u(x)=3{\color{blue}{u'\left(x\right)=3}} .
    f(x)=3(3x+2)2f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{3}}}{\left({\color{red}{3x+2}}\right)^{{\color{brown}{2}}}} s'écrit alors
    f(x)=uunf\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}^{{\color{brown}{n}}}} avec n=2{\color{brown}{n=2}}
    Or une primitive de uun\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}^{{\color{brown}{n}}}} est de la forme 1(n1)un1\frac{-1}{\left({\color{brown}{n}}-1\right)\color{red}{u}^{{\color{brown}{n}-1}} }
    Il en résulte donc qu'une primitive de ff sur R\mathbb{R} est :
    F(x)=1(n1)un1F\left(x\right)=\frac{-1}{\left({\color{brown}{n}}-1\right)\color{red}{u}^{{\color{brown}{n}-1}} }
    F(x)=1(21)(3x+2)21F\left(x\right)=\frac{-1}{\left({\color{brown}{2}}-1\right)\left(\color{red}{3x+2}\right)^{{\color{brown}{2}-1}} }
    Ainsi :
    F(x)=13x+2F\left(x\right)=\frac{-1}{3x+2}

    Maintenant nous pouvons calculer\blue{\text{Maintenant nous pouvons calculer}} I=12(3(3x+2)2)dx\blue{I=\int _{1}^{2}\left(\frac{3}{\left(3x+2\right)^{2}} \right) dx}
    I=12(3(3x+2)2)dxI=\int _{1}^{2}\left(\frac{3}{\left(3x+2\right)^{2}} \right) dx équivaut successivement à :
    I=[13x+2]12I=\left[\frac{-1}{3x+2} \right]_{1}^{2}
    I=F(2)F(1)I=F\left(2\right)-F\left(1\right)
    I=13×2+2(13×1+2)I=\frac{-1}{3\times 2+2} -\left(\frac{-1}{3\times 1+2} \right)
    I=18(15)I=\frac{-1}{8} -\left(\frac{-1}{5} \right)
    I=18+15I=\frac{-1}{8} +\frac{1}{5}
    I=1×58×5+1×85×8I=\frac{-1\times 5}{8\times 5} +\frac{1\times 8}{5\times 8}
    I=540+840I=\frac{-5}{40} +\frac{8}{40}
    Finalement :
    I=340I=\frac{3}{40}