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Leçon 5

Primitives des fonctions composées

Vidéo 5 : Primitives des fonctions composées · 3 min 41 s · sous-titres en français

Le cours écrit

5.1 Lire la dérivée d'une composée à l'envers

Puisque (g∘u)′=(g′∘u)×u′(g\circ u)' = (g'\circ u) \times u', la fonction g∘ug \circ u est une primitive de (g′∘u)×u′(g'\circ u) \times u'. On en tire le tableau suivant, où uu est dérivable sur II.

Fonction Une primitive Condition
u′ unu'\,u^n (n≥0n \geq 0 entier) un+1n+1\dfrac{u^{n+1}}{n+1}
u′ uru'\,u^r (rr rationnel, r≠−1r \neq -1) ur+1r+1\dfrac{u^{r+1}}{r+1} u>0u > 0 sur II
u′u2\dfrac{u'}{u^2} −1u-\dfrac{1}{u} uu ne s'annule pas sur II
u′u\dfrac{u'}{\sqrt{u}} 2u2\sqrt{u} u>0u > 0 sur II
u′cos⁡uu'\cos u sin⁡u\sin u
u′sin⁡uu'\sin u −cos⁡u-\cos u
(g′∘u)×u′(g'\circ u) \times u' g∘ug \circ u

Méthode.

  1. Repérer la fonction « intérieure » uu et calculer u′u'.
  2. Faire apparaître exactement u′u', quitte à multiplier et diviser par une constante.
  3. Appliquer la ligne du tableau, puis vérifier en dérivant.

Exemple 18. f(x)=x(x2+1)3f(x) = x(x^2+1)^3. Avec u(x)=x2+1u(x) = x^2+1, u′(x)=2xu'(x) = 2x. Il manque un facteur 22 : f(x)=12×2x(x2+1)3=12u′u3f(x) = \frac12 \times 2x(x^2+1)^3 = \frac12 u'u^3. Une primitive est F(x)=12×(x2+1)44=(x2+1)48.F(x) = \frac12 \times \frac{(x^2+1)^4}{4} = \frac{(x^2+1)^4}{8}.

Exemple 19. f(x)=xx2+4f(x) = \dfrac{x}{\sqrt{x^2+4}}. Avec u(x)=x2+4>0u(x) = x^2+4 > 0 et u′(x)=2xu'(x) = 2x : f=12u′uf = \frac12 \dfrac{u'}{\sqrt u}. Une primitive est F(x)=12×2x2+4=x2+4F(x) = \frac12 \times 2\sqrt{x^2+4} = \sqrt{x^2+4}.

Exemple 20. f(x)=2x+1(x2+x+3)2f(x) = \dfrac{2x+1}{(x^2+x+3)^2}. Ici u(x)=x2+x+3u(x) = x^2+x+3 ne s'annule pas (discriminant −11-11) et u′=2x+1u' = 2x+1 est déjà là : une primitive est F(x)=−1x2+x+3F(x) = -\dfrac{1}{x^2+x+3}.

Exemple 21. f(x)=sin⁡xcos⁡2xf(x) = \sin x\cos^2 x. Avec u=cos⁡xu = \cos x, u′=−sin⁡xu' = -\sin x, donc f=−u′u2f = -u'u^2. Une primitive est F(x)=−cos⁡3x3F(x) = -\dfrac{\cos^3 x}{3}.

Exemple 22. f(x)=xcos⁡(x2)=12×2xcos⁡(x2)f(x) = x\cos(x^2) = \frac12 \times 2x\cos(x^2). Une primitive est F(x)=12sin⁡(x2)F(x) = \frac12\sin(x^2).

Exemple 23. f(x)=xx2+1=12×2x (x2+1)12f(x) = x\sqrt{x^2+1} = \frac12 \times 2x\,(x^2+1)^{\frac12}. Une primitive est F(x)=12×(x2+1)3232=13(x2+1)32=13(x2+1)x2+1.F(x) = \frac12 \times \frac{(x^2+1)^{\frac32}}{\frac32} = \frac13(x^2+1)^{\frac32} = \frac13(x^2+1)\sqrt{x^2+1}.

5.2 Quand il faut d'abord transformer l'écriture

Certaines fonctions ne sont dans aucun tableau. Une indication permet alors de les transformer.

Exemple 24. Avec l'indication cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \dfrac{1+\cos(2x)}{2}, une primitive de cos⁡2x\cos^2 x est F(x)=x2+sin⁡(2x)4.F(x) = \frac{x}{2} + \frac{\sin(2x)}{4}.

Exemple 25. Vérifier que, pour x≠−1x \neq -1, 2x2+4x+3(x+1)2=2+1(x+1)2\dfrac{2x^2+4x+3}{(x+1)^2} = 2 + \dfrac{1}{(x+1)^2}, puis trouver une primitive sur ]−1;+∞[]{-1};+\infty[.

2(x+1)2+1=2x2+4x+2+1=2x2+4x+32(x+1)^2 + 1 = 2x^2+4x+2+1 = 2x^2+4x+3 : l'égalité est vraie. Avec u(x)=x+1u(x) = x+1, u′=1u' = 1, une primitive de 1(x+1)2\frac{1}{(x+1)^2} est −1x+1-\frac{1}{x+1}. Une primitive cherchée est donc F(x)=2x−1x+1F(x) = 2x - \dfrac{1}{x+1}.

Exemple 26. Trouver la primitive FF de f(x)=xx2+4f(x) = \dfrac{x}{\sqrt{x^2+4}} telle que F(0)=1F(0) = 1.

D'après l'exemple 19, F(x)=x2+4+cF(x) = \sqrt{x^2+4} + c. La condition F(0)=2+c=1F(0) = 2 + c = 1 donne c=−1c = -1, donc F(x)=x2+4−1F(x) = \sqrt{x^2+4} - 1.

À venir au chapitre 3 : les primitives de u′u\frac{u'}{u} (avec le logarithme) et de u′euu'e^u (avec l'exponentielle).

Lire le cours complet du chapitre

Exercices 9 et 10

  • Exercice 9 : reconnaître la forme
  • Exercice 10 : transformer avant d'intégrer

Exercices du chapitre (PDF, 464 Ko)

Corrigés

Cherche d'abord les exercices sur ta feuille, puis compare avec le corrigé détaillé.

Corrigés du chapitre (PDF, 626 Ko)

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