Intégration

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

12 min
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Calculer les intégrales suivantes :
Question 1

I=34(22x+4)dxI=\int _{3}^{4}\left(\frac{2}{2x+4} \right)dx

Correction
  • Une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
  • Soit f(x)=22x+4f\left(x\right)=\frac{2}{2x+4}
    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 uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} avec u(x)=2x+4{\color{red}{u\left(x\right)=2x+4}}.
    De plus, u(x)=2{\color{blue}{u'\left(x\right)=2}} .
    f(x)=22x+4f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{2}}}{{\color{red}{2x+4}}} s'écrit alors
    f(x)=u(x)u(x)f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{u'\left(x\right)}}}{{\color{red}{u\left(x\right)}}}
    Or une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
    Il en résulte donc qu'une primitive de ff est :
    F(x)=ln(u(x))F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{u\left(x\right)}}\right)
    Ainsi :
    F(x)=ln(2x+4)F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{2x+4}}\right)

    Maintenant nous pouvons calculer\blue{\text{Maintenant nous pouvons calculer}} I=34(22x+4)dx\blue{I=\int _{3}^{4}\left(\frac{2}{2x+4} \right)dx}
    I=34(22x+4)dxI=\int _{3}^{4}\left(\frac{2}{2x+4} \right)dx équivaut successivement à :
    I=[ln(2x+4)]34I=\left[\ln \left(2x+4\right)\right]_{3}^{4}
    I=F(4)F(3)I=F\left(4 \right)-F\left(3 \right)
    I=ln(2×4+4)ln(2×3+4)I=\ln \left(2\times 4+4\right)-\ln \left(2\times 3+4\right)
    I=ln(8+4)ln(6+4)I=\ln \left(8+4\right)-\ln \left(6+4\right)
    I=ln(12)ln(10)I=\ln \left(12\right)-\ln \left(10\right)
    I=ln(1210)I=\ln \left(\frac{12}{10} \right)
    Finalement :
    I=ln(65)I=\ln \left(\frac{6}{5} \right)

    Question 2

    I=01(55x+1)dxI=\int _{0}^{1}\left(\frac{5}{5x+1} \right)dx

    Correction
  • Une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
  • Soit f(x)=55x+1f\left(x\right)=\frac{5}{5x+1}
    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 uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} avec u(x)=5x+1{\color{red}{u\left(x\right)=5x+1}}.
    De plus, u(x)=5{\color{blue}{u'\left(x\right)=5}} .
    f(x)=55x+1f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{5}}}{{\color{red}{5x+1}}} s'écrit alors
    f(x)=u(x)u(x)f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{u'\left(x\right)}}}{{\color{red}{u\left(x\right)}}}
    Or une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
    Il en résulte donc qu'une primitive de ff est :
    F(x)=ln(u(x))F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{u\left(x\right)}}\right)
    Ainsi :
    F(x)=ln(5x+1)F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{5x+1}}\right)

    Maintenant nous pouvons calculer\blue{\text{Maintenant nous pouvons calculer}} I=01(55x+1)dx\blue{I=\int _{0}^{1}\left(\frac{5}{5x+1} \right)dx}
    I=01(55x+1)dxI=\int _{0}^{1}\left(\frac{5}{5x+1} \right)dx équivaut successivement à :
    I=[ln(5x+1)]34I=\left[\ln \left(5x+1\right)\right]_{3}^{4}
    I=F(1)F(0)I=F\left(1 \right)-F\left(0 \right)
    I=ln(5×1+1)ln(5×0+1)I=\ln \left(5\times 1+1\right)-\ln \left(5\times 0+1\right)
    I=ln(5+1)ln(0+1)I=\ln \left(5+1\right)-\ln \left(0+1\right)
    I=ln(6)ln(1)I=\ln \left(6\right)-\ln \left(1\right)
    I=ln(6)0I=\ln \left(6 \right)-0
    Finalement :
    I=ln(6)I=\ln \left(6 \right)
    Question 3

    I=12(4x2x2+1)dxI=\int _{1}^{2}\left(\frac{4x}{2x^2+1} \right)dx

    Correction
  • Une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
  • Soit f(x)=4x2x2+1f\left(x\right)=\frac{4x}{2x^2+1}
    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 uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} avec u(x)=2x2+1{\color{red}{u\left(x\right)=2x^2+1}}.
    De plus, u(x)=4x{\color{blue}{u'\left(x\right)=4x}} .
    f(x)=4x2x2+1f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{4x}}}{{\color{red}{2x^2+1}}} s'écrit alors
    f(x)=u(x)u(x)f\left(x\right)=\frac{{\color{blue}{u'\left(x\right)}}}{{\color{red}{u\left(x\right)}}}
    Or une primitive de uu\frac{{\color{blue}{u'}}}{{\color{red}{u}}} est de la forme ln(u)\ln\left({\color{red}{u}}\right)
    Il en résulte donc qu'une primitive de ff est :
    F(x)=ln(u(x))F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{u\left(x\right)}}\right)
    Ainsi :
    F(x)=ln(2x2+1)F\left(x\right)=\ln \left({\color{red}{2x^2+1}}\right)

    Maintenant nous pouvons calculer\blue{\text{Maintenant nous pouvons calculer}} I=12(4x2x2+1)dx\blue{I=\int _{1}^{2}\left(\frac{4x}{2x^2+1} \right)dx}
    I=12(4x2x2+1)dxI=\int _{1}^{2}\left(\frac{4x}{2x^2+1} \right)dx équivaut successivement à :
    I=[ln(2x2+1)]12I=\left[\ln \left(2x^2+1\right)\right]_{1}^{2}
    I=F(2)F(1)I=F\left(2 \right)-F\left(1 \right)
    I=ln(2×22+1) ln(2×12+1) I={\mathrm{ln} \left(2\times 2^2+1\right)\ }-{\mathrm{ln} \left(2\times 1^2+1\right)\ }
    I=ln(9) ln(3) I={\mathrm{ln} \left(9\right)\ }-{\mathrm{ln} \left(3\right)\ }
    I=ln(93) I={\mathrm{ln} \left(\frac{9}{3}\right)\ }
    Finalement :
    I=ln(3)I=\ln \left(3 \right)