On a : I1=∫49x(1−x)1dx=∫491−xx1dx=∫491−x2x2dx=−∫491−x2x−2dx Soit encore : I1=−2∫491−x2x−1dx Or, si on pose f(x)=1−x alors f′(x)=(1−x)′=1′−(x)′=0−2x1=−2x1. Dans ce cas, on constate que 1−x2x−1=f(x)f′(x). Ceci s'intègre directement en ln(1−x)+k avec k∈R. On a alors : I1=−2∫491−x2x−1dx=−2[ln(1−x)+k]49=2[ln(1−x)+k]94=2[ln(1−4)+k−ln(1−9)−k]=2[ln(1−4)−ln(1−9)] Ce qui nous donne, en faisant usage des propriétés des logarithmes : I1=2ln(1−91−4)=2ln(1−31−2)=2ln(−2−1)=2ln(21)=ln(41)=ln(4−1) Finalement, on obtient : I1=−ln(4)u.a.
Question 2
I2=∫19x+x1dx
Correction
On a : I2=∫19x+x1dx=∫19x(x+1)1dx=∫19x+1x1dx=∫19x+12x2dx=2∫19x+12x1dx Si on pose f(x)=x+1 alors f′(x)=(x+1)′=(x)′+1′=2x1+0=2x1. Dans ce cas, on obtient la forme suivante (k∈R) : I2=2∫19f(x)f′(x)dx=2[ln(f(x))+k]19=2[ln(x+1)+k]19=2×(ln(9+1)+k−ln(1+1)−k)==2×(ln(3+1)−ln(1+1))=2×(ln(4)−ln(2)) En utilisant les propriétés algébriques usuelles associées aux logarithmes, on obtient : I2=2×(ln(24))=2×ln(2)=ln(22)=ln(4) Finalement : I2=ln(4)u.a.
Question 3
I3=∫02ex+1ex−1dx
Correction
Soit x une quantité réelle. On sait que 1=e0=ex−x=ex×e−x. Mais également que ex=e2x+2x=e2xe2x. On a alors : I3=∫02ex+1ex−1dx=∫02e2xe2x+e2xe−2xe2xe2x−e2xe−2xdx=∫02e2x+e−2xe2x−e−2xdx On pose f(x)=e2x+e−2x ce qui implique que f′(x)=21e2x−21e−2x. Ainsi une forme f(x)f′(x) apparait, et s'intègre aisément en ln(f(x))+k(k∈R). Nous poserons k=0 dans la suite, ce qui ne change rien pour l'évaluation d'une intégrale. Ce qui nous donne donc : I3=2∫02e2x+e−2x21e2x−21e−2xdx=2[ln(e2x+e−2x)]02=2ln(e20+e−20e22+e−22) Soit encore : I3=2ln(1+1e1+e−1)=2ln⎝⎛2e+e1⎠⎞=2ln⎝⎛2ee2+e1⎠⎞=2ln(2ee2+1) Finalement, on obtient : I3=ln(4e2(e2+1)2)u.a.
Question 4
I4=∫021−x1dx
Correction
Posons f:x∈[0;2]⟶f(x)=1−x1. Cette fonction f admet une valeur interdite en 1, elle y est donc discontinue. D'autre part, on a les deux limites suivantes : x⟶1−limf(x)=+∞ et x⟶1+limf(x)=−∞ Ainsi l'intégrale I4, qui représente l'aire algébrique associée à f sur l'intervalle [0;2], prend une valeur infinie, et non une valeur finie réelle. On dit qu'elle diverge. Graphiquement, on observe parfaitement bien cela :