Primitives & règle du dU

Les trois niveaux s'enchaînent. Clique sur « Corrigé » pour révéler la solution d'une seule question.

Facile15 exercices
Exercice 11 — polynôme par linéarité

Calculer I1=∫(3x2+2x−5) dx\displaystyle I_1=\int \bigl(3x^2+2x-5\bigr)\,\mathrm{d} x.

Par linéarité, on intègre chaque terme séparément (forme 1 avec U=xU=x) :

I1=3∫x2 dx+2∫x dx−5∫1 dx=3⋅x33+2⋅x22−5x+C= x3+x2−5x+C. I_1=3\int x^2\,\mathrm{d} x+2\int x\,\mathrm{d} x-5\int 1\,\mathrm{d} x =3\cdot\frac{x^3}{3}+2\cdot\frac{x^2}{2}-5x+C =\boxed{\,x^3+x^2-5x+C.\,}

Vérification : (x3+x2−5x+C)′=3x2+2x−5(x^3+x^2-5x+C)'=3x^2+2x-5.

Exercice 22 — puissance de xx

Calculer I2=∫x5 dx\displaystyle I_2=\int x^5\,\mathrm{d} x.

Forme 1 avec U=xU=x, n=5n=5 (n≠−1n\neq -1) :

I2=∫x5 dx=x5+15+1+C= x66+C. I_2=\int x^5\,\mathrm{d} x=\frac{x^{5+1}}{5+1}+C=\boxed{\,\frac{x^6}{6}+C.\,}

Vérification : [x66]′=6x56=x5\Bigl[\tfrac{x^6}{6}\Bigr]'=\tfrac{6x^5}{6}=x^5.

Exercice 33 — la forme dU/U\mathrm{d} U/U

Calculer I3=∫dxx\displaystyle I_3=\int \frac{\mathrm{d} x}{x} (sur un intervalle où x≠0x\neq 0). Bien préciser la forme correcte de la primitive.

C'est le cas exclu de la forme puissance (n=−1n=-1). On utilise la forme 2 avec U=xU=x :

I3=∫dxx= ln⁡∣x∣+C. I_3=\int \frac{\mathrm{d} x}{x}=\boxed{\,\ln|x|+C.\,}
Attentionvaleur absolue obligatoire

Écrire ln⁡x+C\ln x+C serait faux sur ]−∞,0[]-\infty,0[. La forme correcte, valable sur tout intervalle ne contenant pas 00, est ln⁡∣x∣+C\ln|x|+C.

Vérification : pour x>0x>0, (ln⁡x)′=1x(\ln x)'=\tfrac1x ; pour x<0x<0, (ln⁡(−x))′=−1−x=1x(\ln(-x))'=\tfrac{-1}{-x}=\tfrac1x.

Exercice 44 — sinus et cosinus

Calculer, en soignant les signes :

  1. a)
    ∫cos⁡x dx\int \cos x\,\mathrm{d} x

    Forme 3, avec U=xU=x :

    ∫cos⁡x dx= sin⁡x+C \int \cos x\,\mathrm{d} x=\boxed{\,\sin x+C\,}
  2. b)
    ∫sin⁡x dx.\int \sin x\,\mathrm{d} x.
    ∫sin⁡x dx= −cos⁡x+C. \int \sin x\,\mathrm{d} x=\boxed{\,-\cos x+C.\,}
Exercice 55 — exponentielle

Calculer I5=∫ex dx\displaystyle I_5=\int e^{x}\,\mathrm{d} x.

Forme 6 dans le cas a=ea=e, avec U=xU=x (et ln⁡e=1\ln e=1) :

I5=∫ex dx= ex+C. I_5=\int e^{x}\,\mathrm{d} x=\boxed{\,e^{x}+C.\,}

Vérification : (ex)′=ex(e^x)'=e^x.

Exercice 66 — puissance négative

Calculer I6=∫dxx3\displaystyle I_6=\int \frac{\mathrm{d} x}{x^3} (sur un intervalle où x≠0x\neq 0).

Forme 1 avec U=xU=x, n=−3n=-3 (n≠−1n\neq -1) :

I6=∫x−3 dx=x−2−2+C= −12x2+C. I_6=\int x^{-3}\,\mathrm{d} x=\frac{x^{-2}}{-2}+C=\boxed{\,-\frac{1}{2x^2}+C.\,}

Vérification : [−12x−2]′=−12⋅(−2)x−3=x−3=1x3\Bigl[-\tfrac12 x^{-2}\Bigr]'=-\tfrac12\cdot(-2)x^{-3}=x^{-3}=\dfrac{1}{x^3}.

Exercice 77 — racine carrée

Calculer I7=∫x dx\displaystyle I_7=\int \sqrt{x}\,\mathrm{d} x (pour x>0x>0).

On écrit x=x1/2\sqrt{x}=x^{1/2}. Forme 1 avec n=12n=\tfrac12 (n≠−1n\neq -1) :

I7=∫x1/2 dx=x3/23/2+C= 23x3/2+C. I_7=\int x^{1/2}\,\mathrm{d} x=\frac{x^{3/2}}{3/2}+C=\boxed{\,\frac{2}{3}x^{3/2}+C.\,}

Vérification : [23x3/2]′=23⋅32x1/2=x1/2=x\Bigl[\tfrac23 x^{3/2}\Bigr]'=\tfrac23\cdot\tfrac32 x^{1/2}=x^{1/2}=\sqrt{x}.

Exercice 88 — l'inverse d'une racine

Calculer I8=∫dxx\displaystyle I_8=\int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{x}} (pour x>0x>0).

On écrit 1x=x−1/2\dfrac{1}{\sqrt{x}}=x^{-1/2}. Forme 1 avec n=−12n=-\tfrac12 (n≠−1n\neq -1) :

I8=∫x−1/2 dx=x1/21/2+C= 2x+C. I_8=\int x^{-1/2}\,\mathrm{d} x=\frac{x^{1/2}}{1/2}+C=\boxed{\,2\sqrt{x}+C.\,}

Vérification : [2x]′=2⋅12x=1x\bigl[2\sqrt{x}\bigr]'=2\cdot\tfrac{1}{2\sqrt{x}}=\dfrac{1}{\sqrt{x}}.

Exercice 99 — la forme arctan⁡\arctan

Calculer I9=∫dx1+x2\displaystyle I_9=\int \frac{\mathrm{d} x}{1+x^2}.

Forme 5 (partie arctan⁡\arctan) avec U=xU=x :

I9=∫dx1+x2= arctan⁡x+C. I_9=\int \frac{\mathrm{d} x}{1+x^2}=\boxed{\,\arctan x+C.\,}

Vérification : (arctan⁡x)′=11+x2(\arctan x)'=\dfrac{1}{1+x^2}.

Exercice 1010 — la forme arcsin⁡\arcsin

Calculer I10=∫dx1−x2\displaystyle I_{10}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{1-x^2}} (pour −1<x<1-1<x<1).

Forme 5 (partie arcsin⁡\arcsin) avec U=xU=x :

I10=∫dx1−x2= arcsin⁡x+C. I_{10}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{1-x^2}}=\boxed{\,\arcsin x+C.\,}

Vérification : (arcsin⁡x)′=11−x2(\arcsin x)'=\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}.

Exercice 1111 — la forme 1/cos⁡21/\cos^2

Calculer I11=∫dxcos⁡2x\displaystyle I_{11}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\cos^2 x}.

Forme 4 avec U=xU=x :

I11=∫dxcos⁡2x= tan⁡x+C. I_{11}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\cos^2 x}=\boxed{\,\tan x+C.\,}

Vérification : (tan⁡x)′=1cos⁡2x(\tan x)'=\dfrac{1}{\cos^2 x}.

Exercice 1212 — la forme 1/sin⁡21/\sin^2

Calculer I12=∫dxsin⁡2x\displaystyle I_{12}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\sin^2 x}.

Forme 4 avec U=xU=x ; attention au signe « −- » :

I12=∫dxsin⁡2x= −cot⁡x+C. I_{12}=\int \frac{\mathrm{d} x}{\sin^2 x}=\boxed{\,-\cot x+C.\,}

Vérification : (−cot⁡x)′=−(−1sin⁡2x)=1sin⁡2x(-\cot x)'=-\bigl(-\tfrac{1}{\sin^2 x}\bigr)=\dfrac{1}{\sin^2 x}.

Exercice 1313 — exponentielle de base 22

Calculer I13=∫2x dx\displaystyle I_{13}=\int 2^{x}\,\mathrm{d} x.

Forme 6 avec a=2a=2, U=xU=x :

I13=∫2x dx= 2xln⁡2+C. I_{13}=\int 2^{x}\,\mathrm{d} x=\boxed{\,\frac{2^{x}}{\ln 2}+C.\,}

Vérification : [2xln⁡2]′=1ln⁡2⋅2xln⁡2=2x\Bigl[\tfrac{2^{x}}{\ln 2}\Bigr]'=\tfrac{1}{\ln 2}\cdot 2^{x}\ln 2=2^{x}.

Exercice 1414 — polynôme par linéarité

Calculer I14=∫(4x3−6x2+1) dx\displaystyle I_{14}=\int \bigl(4x^3-6x^2+1\bigr)\,\mathrm{d} x.

Par linéarité, terme à terme (forme 1 avec U=xU=x) :

I14=4⋅x44−6⋅x33+x+C= x4−2x3+x+C. I_{14}=4\cdot\frac{x^4}{4}-6\cdot\frac{x^3}{3}+x+C=\boxed{\,x^4-2x^3+x+C.\,}

Vérification : (x4−2x3+x)′=4x3−6x2+1(x^4-2x^3+x)'=4x^3-6x^2+1.

Exercice 1515 — somme de deux formes usuelles

Calculer I15=∫(ex−sin⁡x) dx\displaystyle I_{15}=\int \bigl(e^{x}-\sin x\bigr)\,\mathrm{d} x.

Par linéarité : forme 6 (a=ea=e) pour exe^x, forme 3 pour sin⁡x\sin x (avec son signe) :

I15=∫ex dx−∫sin⁡x dx=ex−(−cos⁡x)+C= ex+cos⁡x+C. I_{15}=\int e^{x}\,\mathrm{d} x-\int \sin x\,\mathrm{d} x=e^{x}-(-\cos x)+C=\boxed{\,e^{x}+\cos x+C.\,}

Vérification : (ex+cos⁡x)′=ex−sin⁡x(e^{x}+\cos x)'=e^{x}-\sin x.

Moyen15 exercices
Exercice 11 — puissance d'une expression affine

Calculer J1=∫(x+3)3 dx\displaystyle J_1=\int (x+3)^3\,\mathrm{d} x.

On pose U=x+3U=x+3, donc U′=1U'=1 et dU=dx\mathrm{d} U=\mathrm{d} x : le dU\mathrm{d} U est déjà présent. Forme 1 avec n=3n=3 :

J1=∫U3 dU=U44+C= (x+3)44+C. J_1=\int U^3\,\mathrm{d} U=\frac{U^4}{4}+C=\boxed{\,\frac{(x+3)^4}{4}+C.\,}

Vérification : [(x+3)44]′=4(x+3)3⋅14=(x+3)3\Bigl[\tfrac{(x+3)^4}{4}\Bigr]'=\tfrac{4(x+3)^3\cdot 1}{4}=(x+3)^3.

Exercice 22 — cosinus composé

Calculer J2=∫cos⁡(2x) dx\displaystyle J_2=\int \cos(2x)\,\mathrm{d} x.

On pose U=2xU=2x, d'où dU=2 dx\mathrm{d} U=2\,\mathrm{d} x, soit dx=12 dU\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 3 :

J2=∫cos⁡(2x) dx=∫cos⁡U⋅12 dU=12sin⁡U+C= 12sin⁡(2x)+C. J_2=\int \cos(2x)\,\mathrm{d} x=\int \cos U\cdot\tfrac12\,\mathrm{d} U=\tfrac12\sin U+C =\boxed{\,\tfrac12\sin(2x)+C.\,}

Vérification : [12sin⁡(2x)]′=12⋅2cos⁡(2x)=cos⁡(2x)\Bigl[\tfrac12\sin(2x)\Bigr]'=\tfrac12\cdot 2\cos(2x)=\cos(2x).

Exercice 33 — exponentielle composée

Calculer J3=∫e2x dx\displaystyle J_3=\int e^{2x}\,\mathrm{d} x.

On pose U=2xU=2x, dU=2 dx\mathrm{d} U=2\,\mathrm{d} x, soit dx=12 dU\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 6 avec a=ea=e :

J3=∫e2x dx=12∫eU dU=12eU+C= 12e2x+C. J_3=\int e^{2x}\,\mathrm{d} x=\tfrac12\int e^{U}\,\mathrm{d} U=\tfrac12 e^{U}+C =\boxed{\,\tfrac12 e^{2x}+C.\,}

Vérification : [12e2x]′=12⋅2 e2x=e2x\Bigl[\tfrac12 e^{2x}\Bigr]'=\tfrac12\cdot 2\,e^{2x}=e^{2x}.

Exercice 44 — le dU\mathrm{d} U presque prêt

Calculer J4=∫2xx2+3 dx\displaystyle J_4=\int \frac{2x}{x^2+3}\,\mathrm{d} x.

On pose U=x2+3U=x^2+3, donc U′=2xU'=2x et dU=2x dx\mathrm{d} U=2x\,\mathrm{d} x : le numérateur est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 2 :

J4=∫2x dxx2+3=∫dUU=ln⁡∣U∣+C= ln⁡(x2+3)+C. J_4=\int \frac{2x\,\mathrm{d} x}{x^2+3}=\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\ln|U|+C=\boxed{\,\ln(x^2+3)+C.\,}

La valeur absolue est superflue car x2+3>0x^2+3>0 pour tout xx.
Vérification : [ln⁡(x2+3)]′=2xx2+3\bigl[\ln(x^2+3)\bigr]'=\dfrac{2x}{x^2+3}.

Exercice 55 — la forme 1/cos⁡21/\cos^2 composée

Calculer J5=∫dxcos⁡2(3x)\displaystyle J_5=\int \frac{\mathrm{d} x}{\cos^2(3x)}.

On pose U=3xU=3x, d'où dU=3 dx\mathrm{d} U=3\,\mathrm{d} x, soit dx=13 dU\mathrm{d} x=\tfrac13\,\mathrm{d} U. Forme 4 :

J5=∫dxcos⁡2(3x)=13∫dUcos⁡2U=13tan⁡U+C= 13tan⁡(3x)+C. J_5=\int \frac{\mathrm{d} x}{\cos^2(3x)}=\tfrac13\int\frac{\mathrm{d} U}{\cos^2 U}=\tfrac13\tan U+C =\boxed{\,\tfrac13\tan(3x)+C.\,}

Vérification : [13tan⁡(3x)]′=13⋅3cos⁡2(3x)=1cos⁡2(3x)\Bigl[\tfrac13\tan(3x)\Bigr]'=\tfrac13\cdot\dfrac{3}{\cos^2(3x)}=\dfrac{1}{\cos^2(3x)}.

Exercice 66 — puissance d'une affine, constante à compenser

Calculer J6=∫(2x−1)4 dx\displaystyle J_6=\int (2x-1)^4\,\mathrm{d} x.

On pose U=2x−1U=2x-1, donc dU=2 dx\mathrm{d} U=2\,\mathrm{d} x, soit dx=12 dU\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=4n=4 :

J6=∫U4⋅12 dU=12⋅U55+C= (2x−1)510+C. J_6=\int U^4\cdot\tfrac12\,\mathrm{d} U=\tfrac12\cdot\frac{U^5}{5}+C=\boxed{\,\frac{(2x-1)^5}{10}+C.\,}

Vérification : [(2x−1)510]′=5(2x−1)4⋅210=(2x−1)4\Bigl[\tfrac{(2x-1)^5}{10}\Bigr]'=\tfrac{5(2x-1)^4\cdot 2}{10}=(2x-1)^4.

Exercice 77 — sinus composé

Calculer J7=∫sin⁡(3x) dx\displaystyle J_7=\int \sin(3x)\,\mathrm{d} x.

On pose U=3xU=3x, d'où dx=13 dU\mathrm{d} x=\tfrac13\,\mathrm{d} U. Forme 3 :

J7=∫sin⁡(3x) dx=13∫sin⁡U dU=−13cos⁡U+C= −13cos⁡(3x)+C. J_7=\int \sin(3x)\,\mathrm{d} x=\tfrac13\int \sin U\,\mathrm{d} U=-\tfrac13\cos U+C=\boxed{\,-\tfrac13\cos(3x)+C.\,}

Vérification : [−13cos⁡(3x)]′=−13⋅(−sin⁡(3x))⋅3=sin⁡(3x)\Bigl[-\tfrac13\cos(3x)\Bigr]'=-\tfrac13\cdot\bigl(-\sin(3x)\bigr)\cdot 3=\sin(3x).

Exercice 88 — la forme dU/U\mathrm{d} U/U affine

Calculer J8=∫dx5x+2\displaystyle J_8=\int \frac{\mathrm{d} x}{5x+2} (sur un intervalle où 5x+2≠05x+2\neq 0).

On pose U=5x+2U=5x+2, d'où dU=5 dx\mathrm{d} U=5\,\mathrm{d} x, soit dx=15 dU\mathrm{d} x=\tfrac15\,\mathrm{d} U. Forme 2 :

J8=∫dx5x+2=15∫dUU=15ln⁡∣U∣+C= 15ln⁡∣5x+2∣+C. J_8=\int \frac{\mathrm{d} x}{5x+2}=\tfrac15\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\tfrac15\ln|U|+C=\boxed{\,\tfrac15\ln|5x+2|+C.\,}
Attentionvaleur absolue

Selon l'intervalle, 5x+25x+2 peut être négatif : on garde ln⁡∣5x+2∣\ln|5x+2|, jamais ln⁡(5x+2)\ln(5x+2) tout court.

Vérification : [15ln⁡∣5x+2∣]′=15⋅55x+2=15x+2\bigl[\tfrac15\ln|5x+2|\bigr]'=\tfrac15\cdot\dfrac{5}{5x+2}=\dfrac{1}{5x+2}.

Exercice 99 — exponentielle à exposant négatif

Calculer J9=∫e−2x dx\displaystyle J_9=\int e^{-2x}\,\mathrm{d} x.

On pose U=−2xU=-2x, donc dU=−2 dx\mathrm{d} U=-2\,\mathrm{d} x, soit dx=−12 dU\mathrm{d} x=-\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 6 (a=ea=e) :

J9=∫e−2x dx=−12∫eU dU=−12eU+C= −12e−2x+C. J_9=\int e^{-2x}\,\mathrm{d} x=-\tfrac12\int e^{U}\,\mathrm{d} U=-\tfrac12 e^{U}+C=\boxed{\,-\tfrac12 e^{-2x}+C.\,}

Vérification : [−12e−2x]′=−12⋅(−2)e−2x=e−2x\Bigl[-\tfrac12 e^{-2x}\Bigr]'=-\tfrac12\cdot(-2)e^{-2x}=e^{-2x}.

Exercice 1010 — puissance négative d'une affine

Calculer J10=∫dx(3x−1)2\displaystyle J_{10}=\int \frac{\mathrm{d} x}{(3x-1)^2} (sur un intervalle où 3x−1≠03x-1\neq 0).

On pose U=3x−1U=3x-1, dx=13 dU\mathrm{d} x=\tfrac13\,\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=−2n=-2 (n≠−1n\neq-1) :

J10=∫(3x−1)−2 dx=13∫U−2 dU=13⋅U−1−1+C= −13(3x−1)+C. J_{10}=\int (3x-1)^{-2}\,\mathrm{d} x=\tfrac13\int U^{-2}\,\mathrm{d} U=\tfrac13\cdot\frac{U^{-1}}{-1}+C=\boxed{\,-\frac{1}{3(3x-1)}+C.\,}

Vérification : [−13(3x−1)−1]′=−13⋅(−1)(3x−1)−2⋅3=(3x−1)−2\Bigl[-\tfrac13(3x-1)^{-1}\Bigr]'=-\tfrac13\cdot(-1)(3x-1)^{-2}\cdot 3=(3x-1)^{-2}.

Exercice 1111 — le dU\mathrm{d} U presque prêt sous une racine

Calculer J11=∫xx2+1 dx\displaystyle J_{11}=\int x\sqrt{x^2+1}\,\mathrm{d} x.

On pose U=x2+1U=x^2+1, donc dU=2x dx\mathrm{d} U=2x\,\mathrm{d} x, soit x dx=12 dUx\,\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=12n=\tfrac12 :

J11=∫U⋅12 dU=12⋅U3/23/2+C= 13(x2+1)3/2+C. J_{11}=\int \sqrt{U}\cdot\tfrac12\,\mathrm{d} U=\tfrac12\cdot\frac{U^{3/2}}{3/2}+C=\boxed{\,\frac{1}{3}\bigl(x^2+1\bigr)^{3/2}+C.\,}

Vérification : [13(x2+1)3/2]′=13⋅32(x2+1)1/2⋅2x=xx2+1\Bigl[\tfrac13(x^2+1)^{3/2}\Bigr]'=\tfrac13\cdot\tfrac32(x^2+1)^{1/2}\cdot 2x=x\sqrt{x^2+1}.

Exercice 1212 — le dU\mathrm{d} U presque prêt, forme dU/U\mathrm{d} U/U

Calculer J12=∫x2x3+1 dx\displaystyle J_{12}=\int \frac{x^2}{x^3+1}\,\mathrm{d} x (sur un intervalle où x3+1≠0x^3+1\neq 0).

On pose U=x3+1U=x^3+1, donc dU=3x2 dx\mathrm{d} U=3x^2\,\mathrm{d} x, soit x2 dx=13 dUx^2\,\mathrm{d} x=\tfrac13\,\mathrm{d} U. Forme 2 :

J12=∫x2 dxx3+1=13∫dUU=13ln⁡∣U∣+C= 13ln⁡∣x3+1∣+C. J_{12}=\int \frac{x^2\,\mathrm{d} x}{x^3+1}=\tfrac13\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\tfrac13\ln|U|+C=\boxed{\,\tfrac13\ln|x^3+1|+C.\,}

Vérification : [13ln⁡∣x3+1∣]′=13⋅3x2x3+1=x2x3+1\bigl[\tfrac13\ln|x^3+1|\bigr]'=\tfrac13\cdot\dfrac{3x^2}{x^3+1}=\dfrac{x^2}{x^3+1}.

Exercice 1313 — puissance d'une fonction trigonométrique

Calculer J13=∫sin⁡3x cos⁡x dx\displaystyle J_{13}=\int \sin^3 x\,\cos x\,\mathrm{d} x.

On pose U=sin⁡xU=\sin x, donc dU=cos⁡x dx\mathrm{d} U=\cos x\,\mathrm{d} x : le facteur cos⁡x dx\cos x\,\mathrm{d} x est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=3n=3 :

J13=∫sin⁡3x cos⁡x dx=∫U3 dU=U44+C= sin⁡4x4+C. J_{13}=\int \sin^3 x\,\cos x\,\mathrm{d} x=\int U^3\,\mathrm{d} U=\frac{U^4}{4}+C=\boxed{\,\frac{\sin^4 x}{4}+C.\,}

Vérification : [sin⁡4x4]′=4sin⁡3xcos⁡x4=sin⁡3xcos⁡x\Bigl[\tfrac{\sin^4 x}{4}\Bigr]'=\tfrac{4\sin^3 x\cos x}{4}=\sin^3 x\cos x.

Exercice 1414 — la brique cachée U=ln⁡xU=\ln x

Calculer J14=∫ln⁡xx dx\displaystyle J_{14}=\int \frac{\ln x}{x}\,\mathrm{d} x (pour x>0x>0).

On pose U=ln⁡xU=\ln x, donc dU=dxx\mathrm{d} U=\dfrac{\mathrm{d} x}{x} : le facteur dxx\tfrac{\mathrm{d} x}{x} est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=1n=1 :

J14=∫ln⁡xx dx=∫U dU=U22+C= (ln⁡x)22+C. J_{14}=\int \frac{\ln x}{x}\,\mathrm{d} x=\int U\,\mathrm{d} U=\frac{U^2}{2}+C=\boxed{\,\frac{(\ln x)^2}{2}+C.\,}

Vérification : [(ln⁡x)22]′=2ln⁡x2⋅1x=ln⁡xx\Bigl[\tfrac{(\ln x)^2}{2}\Bigr]'=\tfrac{2\ln x}{2}\cdot\tfrac1x=\dfrac{\ln x}{x}.

Exercice 1515 — la brique cachée U=ex+1U=e^x+1

Calculer J15=∫exex+1 dx\displaystyle J_{15}=\int \frac{e^{x}}{e^{x}+1}\,\mathrm{d} x.

On pose U=ex+1U=e^{x}+1, donc dU=ex dx\mathrm{d} U=e^{x}\,\mathrm{d} x : le numérateur est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 2 :

J15=∫ex dxex+1=∫dUU=ln⁡∣U∣+C= ln⁡(ex+1)+C. J_{15}=\int \frac{e^{x}\,\mathrm{d} x}{e^{x}+1}=\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\ln|U|+C=\boxed{\,\ln(e^{x}+1)+C.\,}

La valeur absolue est superflue car ex+1>0e^{x}+1>0.
Vérification : [ln⁡(ex+1)]′=exex+1\bigl[\ln(e^{x}+1)\bigr]'=\dfrac{e^{x}}{e^{x}+1}.

Difficile15 exercices
Exercice 11 — mettre à l'échelle arcsin⁡\arcsin et arctan⁡\arctan

Calculer :

  1. a)
    ∫dx1−(x3)2\int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{1-\bigl(\tfrac{x}{3}\bigr)^2}}

    On pose U=x3U=\tfrac{x}{3}, donc dU=13 dx\mathrm{d} U=\tfrac13\,\mathrm{d} x, soit dx=3 dU\mathrm{d} x=3\,\mathrm{d} U. Forme 5 :

    ∫dx1−(x3)2=∫3 dU1−U2=3arcsin⁡U+C= 3arcsin⁡ ⁣(x3)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{1-\bigl(\tfrac{x}{3}\bigr)^2}} =\int \frac{3\,\mathrm{d} U}{\sqrt{1-U^2}}=3\arcsin U+C =\boxed{\,3\arcsin\!\Bigl(\frac{x}{3}\Bigr)+C.\,}

    Vérification : [3arcsin⁡ ⁣x3]′=3⋅1/31−(x/3)2=11−(x/3)2\Bigl[3\arcsin\!\tfrac{x}{3}\Bigr]'=3\cdot\dfrac{1/3}{\sqrt{1-(x/3)^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{1-(x/3)^2}}.

  2. b)
    ∫dx3+x2.\int \frac{\mathrm{d} x}{3+x^2}.

    On factorise le dénominateur pour retrouver la forme 1+U21+U^2 :

    13+x2=13⋅11+(x3)2.\frac{1}{3+x^2}=\frac{1}{3}\cdot\frac{1}{1+\bigl(\tfrac{x}{\sqrt3}\bigr)^2}.

    On pose U=x3U=\tfrac{x}{\sqrt3}, d'où dx=3 dU\mathrm{d} x=\sqrt3\,\mathrm{d} U :

    ∫dx3+x2=13∫3 dU1+U2=33arctan⁡U+C= 13arctan⁡ ⁣(x3)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{3+x^2}=\frac13\int\frac{\sqrt3\,\mathrm{d} U}{1+U^2} =\frac{\sqrt3}{3}\arctan U+C =\boxed{\,\frac{1}{\sqrt3}\arctan\!\Bigl(\frac{x}{\sqrt3}\Bigr)+C.\,}

    Vérification : [13arctan⁡x3]′=13⋅1/31+x2/3=1/31+x2/3=13+x2\Bigl[\tfrac{1}{\sqrt3}\arctan\tfrac{x}{\sqrt3}\Bigr]' =\tfrac{1}{\sqrt3}\cdot\dfrac{1/\sqrt3}{1+x^2/3}=\dfrac{1/3}{1+x^2/3}=\dfrac{1}{3+x^2}.

Exercice 22 — puissance composée, avec et sans le bon facteur

Calculer :

  1. a)
    ∫(5x2+3)3 10x dx\int (5x^2+3)^3\,10x\,\mathrm{d} x

    On pose U=5x2+3U=5x^2+3, donc U′=10xU'=10x et dU=10x dx\mathrm{d} U=10x\,\mathrm{d} x.

    Le facteur 10x dx10x\,\mathrm{d} x est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=3n=3 :

    ∫(5x2+3)3 10x dx=∫U3 dU=U44+C= (5x2+3)44+C. \int (5x^2+3)^3\,10x\,\mathrm{d} x=\int U^3\,\mathrm{d} U=\frac{U^4}{4}+C=\boxed{\,\frac{(5x^2+3)^4}{4}+C.\,}

    Vérification : [(5x2+3)44]′=4(5x2+3)3⋅10x4=(5x2+3)3 10x\Bigl[\tfrac{(5x^2+3)^4}{4}\Bigr]'=\tfrac{4(5x^2+3)^3\cdot 10x}{4}=(5x^2+3)^3\,10x.

  2. b)
    ∫(5x2+3)3 5x dx.\int (5x^2+3)^3\,5x\,\mathrm{d} x.

    Ici on a 5x dx5x\,\mathrm{d} x, c'est-à-dire 12 dU\tfrac12\,\mathrm{d} U (il manque le facteur 22). Donc

    ∫(5x2+3)3 5x dx=∫U3⋅12 dU=12⋅U44+C= (5x2+3)48+C. \int (5x^2+3)^3\,5x\,\mathrm{d} x=\int U^3\cdot\tfrac12\,\mathrm{d} U=\tfrac12\cdot\frac{U^4}{4}+C =\boxed{\,\frac{(5x^2+3)^4}{8}+C.\,}

    Vérification : [(5x2+3)48]′=4(5x2+3)3⋅10x8=(5x2+3)3 5x\Bigl[\tfrac{(5x^2+3)^4}{8}\Bigr]'=\tfrac{4(5x^2+3)^3\cdot 10x}{8}=(5x^2+3)^3\,5x.

Exercice 33 — factoriser le dénominateur / la racine

Calculer :

  1. a)
    ∫dx9+x2\int \frac{\mathrm{d} x}{9+x^2}

    On écrit 9+x2=9(1+(x3)2)9+x^2=9\bigl(1+(\tfrac{x}{3})^2\bigr). En posant U=x3U=\tfrac{x}{3}, dx=3 dU\mathrm{d} x=3\,\mathrm{d} U :

    ∫dx9+x2=19∫3 dU1+U2=39arctan⁡U+C= 13arctan⁡ ⁣(x3)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{9+x^2}=\frac19\int\frac{3\,\mathrm{d} U}{1+U^2} =\frac{3}{9}\arctan U+C=\boxed{\,\frac13\arctan\!\Bigl(\frac{x}{3}\Bigr)+C.\,}

    Vérification : [13arctan⁡x3]′=13⋅1/31+x2/9=1/91+x2/9=19+x2\Bigl[\tfrac13\arctan\tfrac{x}{3}\Bigr]'=\tfrac13\cdot\dfrac{1/3}{1+x^2/9}=\dfrac{1/9}{1+x^2/9}=\dfrac{1}{9+x^2}.

  2. b)
    ∫dx4−x2.\int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{4-x^2}}.

    On écrit 4−x2=4 1−(x2)2=21−(x2)2\sqrt{4-x^2}=\sqrt{4}\,\sqrt{1-(\tfrac{x}{2})^2}=2\sqrt{1-(\tfrac{x}{2})^2}. En posant U=x2U=\tfrac{x}{2}, dx=2 dU\mathrm{d} x=2\,\mathrm{d} U :

    ∫dx4−x2=∫2 dU21−U2=∫dU1−U2=arcsin⁡U+C= arcsin⁡ ⁣(x2)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{4-x^2}}=\int\frac{2\,\mathrm{d} U}{2\sqrt{1-U^2}} =\int\frac{\mathrm{d} U}{\sqrt{1-U^2}}=\arcsin U+C=\boxed{\,\arcsin\!\Bigl(\frac{x}{2}\Bigr)+C.\,}

    Vérification : [arcsin⁡x2]′=1/21−x2/4=1/2124−x2=14−x2\Bigl[\arcsin\tfrac{x}{2}\Bigr]'=\dfrac{1/2}{\sqrt{1-x^2/4}}=\dfrac{1/2}{\tfrac12\sqrt{4-x^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{4-x^2}}.

Exercice 44 — exponentielle de base a≠ea\neq e

Calculer :

  1. a)
    ∫23x dx\int 2^{3x}\,\mathrm{d} x

    On pose U=3xU=3x, donc dx=13 dU\mathrm{d} x=\tfrac13\,\mathrm{d} U. Forme 6 avec a=2a=2 :

    ∫23x dx=13∫2U dU=13⋅2Uln⁡2+C= 23x3ln⁡2+C. \int 2^{3x}\,\mathrm{d} x=\frac13\int 2^{U}\,\mathrm{d} U=\frac13\cdot\frac{2^{U}}{\ln 2}+C =\boxed{\,\frac{2^{3x}}{3\ln 2}+C.\,}

    Vérification : [23x3ln⁡2]′=13ln⁡2⋅23xln⁡2⋅3=23x\Bigl[\tfrac{2^{3x}}{3\ln 2}\Bigr]'=\tfrac{1}{3\ln 2}\cdot 2^{3x}\ln 2\cdot 3=2^{3x}.

  2. b)
    ∫10x dx.\int 10^{x}\,\mathrm{d} x.

    Forme 6 directe avec a=10a=10, U=xU=x :

    ∫10x dx= 10xln⁡10+C. \int 10^{x}\,\mathrm{d} x=\boxed{\,\frac{10^{x}}{\ln 10}+C.\,}

    Vérification : [10xln⁡10]′=1ln⁡10⋅10xln⁡10=10x\Bigl[\tfrac{10^{x}}{\ln 10}\Bigr]'=\tfrac{1}{\ln 10}\cdot 10^{x}\ln 10=10^{x}.

Exercice 55 — forme dU/U\mathrm{d} U/U trigonométrique

Calculer ∫sin⁡x3−cos⁡x dx\displaystyle \int \frac{\sin x}{3-\cos x}\,\mathrm{d} x.

On reconnaît la forme dU/U\mathrm{d} U/U en posant U=3−cos⁡xU=3-\cos x. Alors U′=sin⁡xU'=\sin x et dU=sin⁡x dx\mathrm{d} U=\sin x\,\mathrm{d} x : le numérateur est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 2 :

∫sin⁡x dx3−cos⁡x=∫dUU=ln⁡∣U∣+C= ln⁡(3−cos⁡x)+C. \int \frac{\sin x\,\mathrm{d} x}{3-\cos x}=\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\ln|U|+C=\boxed{\,\ln(3-\cos x)+C.\,}

La valeur absolue est superflue car 3−cos⁡x⩾2>03-\cos x\geqslant 2>0.
Vérification : [ln⁡(3−cos⁡x)]′=sin⁡x3−cos⁡x\bigl[\ln(3-\cos x)\bigr]'=\dfrac{\sin x}{3-\cos x}.

Exercice 66 — compléter le carré vers arctan⁡\arctan

Calculer :

  1. a)

    ∫dxx2+2x+5\displaystyle \int \frac{\mathrm{d} x}{x^2+2x+5} ;

    On écrit x2+2x+5=(x+1)2+4x^2+2x+5=(x+1)^2+4, puis on pose U=x+12U=\tfrac{x+1}{2}, d'où dx=2 dU\mathrm{d} x=2\,\mathrm{d} U :

    ∫dx(x+1)2+4=∫2 dU4(1+U2)=12arctan⁡U+C= 12arctan⁡ ⁣(x+12)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{(x+1)^2+4}=\int\frac{2\,\mathrm{d} U}{4(1+U^2)}=\tfrac12\arctan U+C=\boxed{\,\tfrac12\arctan\!\Bigl(\tfrac{x+1}{2}\Bigr)+C.\,}

    Vérification : [12arctan⁡x+12]′=12⋅1/21+(x+12)2=1(x+1)2+4=1x2+2x+5\Bigl[\tfrac12\arctan\tfrac{x+1}{2}\Bigr]'=\tfrac12\cdot\dfrac{1/2}{1+\left(\frac{x+1}{2}\right)^2}=\dfrac{1}{(x+1)^2+4}=\dfrac{1}{x^2+2x+5}.

  2. b)

    ∫dxx2−6x+10\displaystyle \int \frac{\mathrm{d} x}{x^2-6x+10}.

    On écrit x2−6x+10=(x−3)2+1x^2-6x+10=(x-3)^2+1, puis U=x−3U=x-3, dU=dx\mathrm{d} U=\mathrm{d} x :

    ∫dx(x−3)2+1=∫dU1+U2=arctan⁡U+C= arctan⁡(x−3)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{(x-3)^2+1}=\int\frac{\mathrm{d} U}{1+U^2}=\arctan U+C=\boxed{\,\arctan(x-3)+C.\,}

    Vérification : [arctan⁡(x−3)]′=11+(x−3)2=1x2−6x+10\bigl[\arctan(x-3)\bigr]'=\dfrac{1}{1+(x-3)^2}=\dfrac{1}{x^2-6x+10}.

Exercice 77 — séparer le numérateur

Calculer ∫2x+3x2+4 dx\displaystyle \int \frac{2x+3}{x^2+4}\,\mathrm{d} x en scindant l'intégrande en deux formes du tableau.

On scinde en deux morceaux, chacun relevant d'une forme du tableau :

∫2x+3x2+4 dx=∫2xx2+4 dx+∫3x2+4 dx.\int \frac{2x+3}{x^2+4}\,\mathrm{d} x=\int \frac{2x}{x^2+4}\,\mathrm{d} x+\int \frac{3}{x^2+4}\,\mathrm{d} x.

Pour le premier, U=x2+4U=x^2+4 et dU=2x dx\mathrm{d} U=2x\,\mathrm{d} x (forme 2) donnent ln⁡(x2+4)\ln(x^2+4). Pour le second, x2+4=4(1+(x2)2)x^2+4=4\bigl(1+(\tfrac{x}{2})^2\bigr) et U=x2U=\tfrac{x}{2} (forme 5) donnent 3⋅12arctan⁡x23\cdot\tfrac12\arctan\tfrac{x}{2}. D'où

 ln⁡(x2+4)+32arctan⁡ ⁣(x2)+C. \boxed{\,\ln(x^2+4)+\tfrac32\arctan\!\Bigl(\tfrac{x}{2}\Bigr)+C.\,}

Vérification : [ln⁡(x2+4)+32arctan⁡x2]′=2xx2+4+32⋅1/21+x2/4=2xx2+4+3x2+4=2x+3x2+4\Bigl[\ln(x^2+4)+\tfrac32\arctan\tfrac{x}{2}\Bigr]'=\dfrac{2x}{x^2+4}+\tfrac32\cdot\dfrac{1/2}{1+x^2/4}=\dfrac{2x}{x^2+4}+\dfrac{3}{x^2+4}=\dfrac{2x+3}{x^2+4}.

Exercice 88 — compléter le carré sous une racine

Calculer ∫dx3−2x−x2\displaystyle \int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{3-2x-x^2}} (sur l'intervalle où 3−2x−x2>03-2x-x^2>0).

On met le trinôme sous forme canonique : 3−2x−x2=−(x2+2x−3)=−((x+1)2−4)=4−(x+1)23-2x-x^2=-\bigl(x^2+2x-3\bigr)=-\bigl((x+1)^2-4\bigr)=4-(x+1)^2. On pose alors U=x+12U=\tfrac{x+1}{2}, d'où dx=2 dU\mathrm{d} x=2\,\mathrm{d} U et 4−(x+1)2=21−U2\sqrt{4-(x+1)^2}=2\sqrt{1-U^2} :

∫dx3−2x−x2=∫2 dU21−U2=arcsin⁡U+C= arcsin⁡ ⁣(x+12)+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{\sqrt{3-2x-x^2}}=\int\frac{2\,\mathrm{d} U}{2\sqrt{1-U^2}}=\arcsin U+C=\boxed{\,\arcsin\!\Bigl(\tfrac{x+1}{2}\Bigr)+C.\,}

Vérification : [arcsin⁡x+12]′=1/21−(x+12)2=1/2124−(x+1)2=13−2x−x2\Bigl[\arcsin\tfrac{x+1}{2}\Bigr]'=\dfrac{1/2}{\sqrt{1-\left(\frac{x+1}{2}\right)^2}}=\dfrac{1/2}{\tfrac12\sqrt{4-(x+1)^2}}=\dfrac{1}{\sqrt{3-2x-x^2}}.

Exercice 99 — tangente et cotangente

Calculer :

  1. a)

    ∫tan⁡x dx\displaystyle \int \tan x\,\mathrm{d} x ;

    tan⁡x=sin⁡xcos⁡x\tan x=\dfrac{\sin x}{\cos x}. On pose U=cos⁡xU=\cos x, donc dU=−sin⁡x dx\mathrm{d} U=-\sin x\,\mathrm{d} x. Forme 2 :

    ∫tan⁡x dx=∫−dUU=−ln⁡∣U∣+C= −ln⁡∣cos⁡x∣+C. \int \tan x\,\mathrm{d} x=\int\frac{-\mathrm{d} U}{U}=-\ln|U|+C=\boxed{\,-\ln|\cos x|+C.\,}

    Vérification : [−ln⁡∣cos⁡x∣]′=−−sin⁡xcos⁡x=tan⁡x\bigl[-\ln|\cos x|\bigr]'=-\dfrac{-\sin x}{\cos x}=\tan x.

  2. b)

    ∫cot⁡x dx\displaystyle \int \cot x\,\mathrm{d} x.

    cot⁡x=cos⁡xsin⁡x\cot x=\dfrac{\cos x}{\sin x}. On pose U=sin⁡xU=\sin x, donc dU=cos⁡x dx\mathrm{d} U=\cos x\,\mathrm{d} x. Forme 2 :

    ∫cot⁡x dx=∫dUU=ln⁡∣U∣+C= ln⁡∣sin⁡x∣+C. \int \cot x\,\mathrm{d} x=\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\ln|U|+C=\boxed{\,\ln|\sin x|+C.\,}

    Vérification : [ln⁡∣sin⁡x∣]′=cos⁡xsin⁡x=cot⁡x\bigl[\ln|\sin x|\bigr]'=\dfrac{\cos x}{\sin x}=\cot x.

Exercice 1010 — un facteur xx au numérateur

Calculer :

  1. a)

    ∫x1−x2 dx\displaystyle \int \frac{x}{\sqrt{1-x^2}}\,\mathrm{d} x ;

    On pose U=1−x2U=1-x^2, donc dU=−2x dx\mathrm{d} U=-2x\,\mathrm{d} x, soit x dx=−12 dUx\,\mathrm{d} x=-\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=−12n=-\tfrac12 :

    ∫x dx1−x2=−12∫U−1/2 dU=−12⋅2U1/2+C= −1−x2+C. \int \frac{x\,\mathrm{d} x}{\sqrt{1-x^2}}=-\tfrac12\int U^{-1/2}\,\mathrm{d} U=-\tfrac12\cdot 2U^{1/2}+C=\boxed{\,-\sqrt{1-x^2}+C.\,}

    Vérification : [−1−x2]′=−−2x21−x2=x1−x2\bigl[-\sqrt{1-x^2}\bigr]'=-\dfrac{-2x}{2\sqrt{1-x^2}}=\dfrac{x}{\sqrt{1-x^2}}.

  2. b)

    ∫x(1+x2)2 dx\displaystyle \int \frac{x}{(1+x^2)^2}\,\mathrm{d} x.

    On pose U=1+x2U=1+x^2, donc dU=2x dx\mathrm{d} U=2x\,\mathrm{d} x, soit x dx=12 dUx\,\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=−2n=-2 :

    ∫x dx(1+x2)2=12∫U−2 dU=12⋅U−1−1+C= −12(1+x2)+C. \int \frac{x\,\mathrm{d} x}{(1+x^2)^2}=\tfrac12\int U^{-2}\,\mathrm{d} U=\tfrac12\cdot\frac{U^{-1}}{-1}+C=\boxed{\,-\frac{1}{2(1+x^2)}+C.\,}

    Vérification : [−12(1+x2)−1]′=−12⋅(−1)(1+x2)−2⋅2x=x(1+x2)2\Bigl[-\tfrac{1}{2}(1+x^2)^{-1}\Bigr]'=-\tfrac12\cdot(-1)(1+x^2)^{-2}\cdot 2x=\dfrac{x}{(1+x^2)^2}.

Exercice 1111 — retrouver une fonction à partir de sa dérivée

La courbe ci-dessous représente la dérivée f′f' d'une fonction ff dérivable sur R\mathbb{R}, définie par f′(x)=xx2+1f'(x)=\dfrac{x}{x^2+1}.

  1. a)

    Déterminer l'ensemble des primitives de f′f' sur R\mathbb{R}.

    On reconnaît la forme dU/U\mathrm{d} U/U avec U=x2+1>0U=x^2+1>0, dU=2x dx\mathrm{d} U=2x\,\mathrm{d} x, soit x dx=12 dUx\,\mathrm{d} x=\tfrac12\,\mathrm{d} U :

    ∫xx2+1 dx=12∫dUU=12ln⁡(x2+1)+C.\int \frac{x}{x^2+1}\,\mathrm{d} x=\tfrac12\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\tfrac12\ln(x^2+1)+C.

    L'ensemble des primitives est donc f(x)=12ln⁡(x2+1)+C, C∈R. \boxed{\,f(x)=\tfrac12\ln(x^2+1)+C,\ C\in\mathbb{R}.\,}

  2. b)

    Déterminer la fonction ff vérifiant de plus f(0)=1f(0)=1.

    La condition f(0)=1f(0)=1 donne 12ln⁡1+C=1\tfrac12\ln 1+C=1, c'est-à-dire C=1C=1. Ainsi

     f(x)=12ln⁡(x2+1)+1. \boxed{\,f(x)=\tfrac12\ln(x^2+1)+1.\,}

    Vérification : [12ln⁡(x2+1)+1]′=12⋅2xx2+1=xx2+1=f′(x)\Bigl[\tfrac12\ln(x^2+1)+1\Bigr]'=\tfrac12\cdot\dfrac{2x}{x^2+1}=\dfrac{x}{x^2+1}=f'(x), et f(0)=1f(0)=1.

Exercice 1212 — puissance impaire d'une fonction trigonométrique

Calculer, à l'aide d'une identité puis de la règle du dU\mathrm{d} U :

  1. a)

    ∫sin⁡3x dx\displaystyle \int \sin^3 x\,\mathrm{d} x ;

    On isole un facteur sin⁡x\sin x et on utilise sin⁡2x=1−cos⁡2x\sin^2 x=1-\cos^2 x, puis U=cos⁡xU=\cos x (dU=−sin⁡x dx\mathrm{d} U=-\sin x\,\mathrm{d} x) :

    ∫sin⁡3x dx=∫(1−cos⁡2x)sin⁡x dx=−∫(1−U2) dU=−U+U33+C= −cos⁡x+cos⁡3x3+C. \int \sin^3 x\,\mathrm{d} x=\int (1-\cos^2 x)\sin x\,\mathrm{d} x=-\int(1-U^2)\,\mathrm{d} U=-U+\frac{U^3}{3}+C=\boxed{\,-\cos x+\frac{\cos^3 x}{3}+C.\,}

    Vérification : [−cos⁡x+cos⁡3x3]′=sin⁡x+3cos⁡2x(−sin⁡x)3=sin⁡x(1−cos⁡2x)=sin⁡3x\Bigl[-\cos x+\tfrac{\cos^3 x}{3}\Bigr]'=\sin x+\tfrac{3\cos^2 x(-\sin x)}{3}=\sin x(1-\cos^2 x)=\sin^3 x.

  2. b)

    ∫cos⁡3x dx\displaystyle \int \cos^3 x\,\mathrm{d} x.

    De même avec cos⁡2x=1−sin⁡2x\cos^2 x=1-\sin^2 x et U=sin⁡xU=\sin x (dU=cos⁡x dx\mathrm{d} U=\cos x\,\mathrm{d} x) :

    ∫cos⁡3x dx=∫(1−sin⁡2x)cos⁡x dx=∫(1−U2) dU=U−U33+C= sin⁡x−sin⁡3x3+C. \int \cos^3 x\,\mathrm{d} x=\int (1-\sin^2 x)\cos x\,\mathrm{d} x=\int(1-U^2)\,\mathrm{d} U=U-\frac{U^3}{3}+C=\boxed{\,\sin x-\frac{\sin^3 x}{3}+C.\,}

    Vérification : [sin⁡x−sin⁡3x3]′=cos⁡x−3sin⁡2xcos⁡x3=cos⁡x(1−sin⁡2x)=cos⁡3x\Bigl[\sin x-\tfrac{\sin^3 x}{3}\Bigr]'=\cos x-\tfrac{3\sin^2 x\cos x}{3}=\cos x(1-\sin^2 x)=\cos^3 x.

Exercice 1313 — la brique cachée U=ln⁡xU=\ln x

Calculer ∫dxxln⁡x\displaystyle \int \frac{\mathrm{d} x}{x\ln x} (pour x>0x>0, x≠1x\neq 1).

On pose U=ln⁡xU=\ln x, donc dU=dxx\mathrm{d} U=\dfrac{\mathrm{d} x}{x} : le facteur dxx\tfrac{\mathrm{d} x}{x} est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 2 :

∫dxxln⁡x=∫dUU=ln⁡∣U∣+C= ln⁡∣ln⁡x∣+C. \int \frac{\mathrm{d} x}{x\ln x}=\int\frac{\mathrm{d} U}{U}=\ln|U|+C=\boxed{\,\ln|\ln x|+C.\,}

Vérification : [ln⁡∣ln⁡x∣]′=1ln⁡x⋅1x=1xln⁡x\bigl[\ln|\ln x|\bigr]'=\dfrac{1}{\ln x}\cdot\dfrac1x=\dfrac{1}{x\ln x}.

Exercice 1414 — reconnaître 1+(ex)21+(e^x)^2

Calculer ∫ex1+e2x dx\displaystyle \int \frac{e^{x}}{1+e^{2x}}\,\mathrm{d} x.

On écrit 1+e2x=1+(ex)21+e^{2x}=1+(e^{x})^2 et on pose U=exU=e^{x}, donc dU=ex dx\mathrm{d} U=e^{x}\,\mathrm{d} x : le numérateur est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 5 (partie arctan⁡\arctan) :

∫ex1+e2x dx=∫dU1+U2=arctan⁡U+C= arctan⁡ ⁣(ex)+C. \int \frac{e^{x}}{1+e^{2x}}\,\mathrm{d} x=\int\frac{\mathrm{d} U}{1+U^2}=\arctan U+C=\boxed{\,\arctan\!\bigl(e^{x}\bigr)+C.\,}

Vérification : [arctan⁡(ex)]′=ex1+(ex)2=ex1+e2x\bigl[\arctan(e^{x})\bigr]'=\dfrac{e^{x}}{1+(e^{x})^2}=\dfrac{e^{x}}{1+e^{2x}}.

Exercice 1515 — la fonction est sa propre brique

Calculer :

  1. a)

    ∫arctan⁡x1+x2 dx\displaystyle \int \frac{\arctan x}{1+x^2}\,\mathrm{d} x ;

    On pose U=arctan⁡xU=\arctan x, donc dU=dx1+x2\mathrm{d} U=\dfrac{\mathrm{d} x}{1+x^2} : le reste de l'intégrande est exactement dU\mathrm{d} U. Forme 1 avec n=1n=1 :

    ∫arctan⁡x1+x2 dx=∫U dU=U22+C= (arctan⁡x)22+C. \int \frac{\arctan x}{1+x^2}\,\mathrm{d} x=\int U\,\mathrm{d} U=\frac{U^2}{2}+C=\boxed{\,\frac{(\arctan x)^2}{2}+C.\,}

    Vérification : [(arctan⁡x)22]′=arctan⁡x⋅11+x2\Bigl[\tfrac{(\arctan x)^2}{2}\Bigr]'=\arctan x\cdot\dfrac{1}{1+x^2}.

  2. b)

    ∫arcsin⁡x1−x2 dx\displaystyle \int \frac{\arcsin x}{\sqrt{1-x^2}}\,\mathrm{d} x.

    On pose U=arcsin⁡xU=\arcsin x, donc dU=dx1−x2\mathrm{d} U=\dfrac{\mathrm{d} x}{\sqrt{1-x^2}}. Forme 1 avec n=1n=1 :

    ∫arcsin⁡x1−x2 dx=∫U dU=U22+C= (arcsin⁡x)22+C. \int \frac{\arcsin x}{\sqrt{1-x^2}}\,\mathrm{d} x=\int U\,\mathrm{d} U=\frac{U^2}{2}+C=\boxed{\,\frac{(\arcsin x)^2}{2}+C.\,}

    Vérification : [(arcsin⁡x)22]′=arcsin⁡x⋅11−x2\Bigl[\tfrac{(\arcsin x)^2}{2}\Bigr]'=\arcsin x\cdot\dfrac{1}{\sqrt{1-x^2}}.