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Exercice 88
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[ID: 1806] [Date de publication: 12 mai 2021 12:10] [Catégorie(s): Fractions rationnelles ] [ Nombre commentaires: 1] [nombre d'éditeurs: 1 ] [Editeur(s): Emmanuel Vieillard-Baron ] [nombre d'auteurs: 3 ] [Auteur(s): Emmanuel Vieillard-Baron Alain Soyeur François Capaces ]Solution(s)
Solution(s)
Exercice 88
Par Emmanuel Vieillard-Baron Alain Soyeur François Capaces le 12 mai 2021 12:10
Par Emmanuel Vieillard-Baron Alain Soyeur François Capaces le 12 mai 2021 12:10
En multipliant les deux membres par \(x+2\) et en faisant \(x=-2\) on trouve \(A = \dfrac{1}{4-4+5} = \dfrac15\).
En multipliant les deux membres par \(x^2+2x+5\) et en faisant \(x=-1+2i\) on trouve \(B(-1+2i)+C = \dfrac{1}{-1+2i+2} = \dfrac{1-2i}{5}\). D’où \(B = -\dfrac15\) et \(C = 0\).
\[\begin{aligned} \int_0^1 \dfrac{\textrm dx}{(x+2)(x^2+2x+5)} &= \dfrac15 \int_0^1 \dfrac{\textrm dx}{x+2} - \dfrac15\int_0^1 \dfrac{\textrm dx}{x^2+2x+5} \\ &= \dfrac1{10} \left[ 2\ln(x+2) - \ln(x^2+2x+5) \right]_0^1 \\ &= \dfrac1{10} \left( 2\ln3 - 2\ln2 -\ln8 + \ln5 \right) \\ &= \dfrac1{10} \ln \left( \dfrac{45}{32}\right).\end{aligned}\]
En multipliant les deux membres par \(x+1\) et en faisant \(x=-1\) on trouve \(A = \dfrac{-1}{1-1+1} = -1\).
En multipliant les deux membres par \(x^2+x+1\) et en faisant \(x=j\) on trouve \(Bj+C = \dfrac{j}{j+1} = \dfrac{j(j^2+1)}{(j+1)(j^2+1)} = 1+j\). D’où \(B = 1\) et \(C = 1\).
\[\begin{aligned} \int_0^2 \dfrac{x\,\textrm dx}{(x+1)(x^2+x+1)} &= -\int_0^2 \dfrac{\textrm dx}{x+1} + \dfrac12 \int_0^2 \dfrac{2x+1}{x^2+x+1}\,\textrm dx \dfrac12 \int_0^2 \dfrac{\textrm dx}{x^2+x+1} \\ &= \left[ -\ln (x+1)+ \dfrac12 \ln(x^2+x+1) \right]_0^2 + \dfrac12\int_0^2 \dfrac{\textrm dx}{(x+{\scriptstyle 1\over\scriptstyle 2})^2+{\scriptstyle 3\over\scriptstyle 4}} \\ &= -\ln3+ \dfrac12 \ln7 + \dfrac12\times\dfrac43 \int_0^2 \dfrac{\textrm dx}{({\scriptstyle 2x+1\over\scriptstyle\sqrt 3})^2+1}\end{aligned}\] On pose \(u = {\scriptstyle 2x+1\over\scriptstyle\sqrt 3}\), \(\textrm du = \dfrac{2\,\textrm dx}{\sqrt3}\), \[\begin{aligned} \dfrac12\times\dfrac43 \int_0^2 \dfrac{\textrm dx}{({\scriptstyle 2x+1\over\scriptstyle\sqrt 3})^2+1} &= \dfrac{\sqrt3}{6}\int_{{\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}}^{{\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}} \dfrac{\textrm du}{u^2+1}\\ &= \dfrac{\sqrt3}{6} \left( \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) \right) \end{aligned}\] Maintenant \[\begin{aligned} \tan \left( \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) \right) &= \dfrac{{\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3} - {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}}{1+{\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\times {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}} \\ &= \dfrac{{\scriptstyle 4\over\scriptstyle\sqrt 3}}{1+{\scriptstyle 5\over\scriptstyle 3}}\\ &= \dfrac{\sqrt3}{2}\end{aligned}\] Donc \(\operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) = \operatorname{arctan} \left( \dfrac{\sqrt3}{2}\right) + k\pi\). D’après la propriété des accroissements finis, \(\operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) \leqslant {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3} - {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\),
donc \(\left\vert \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 5\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( {\scriptstyle 1\over\scriptstyle\sqrt 3}\right) - \operatorname{arctan} \left( \dfrac{\sqrt3}{2}\right) \right\vert \leqslant \dfrac{4}{\sqrt3} + \dfrac{\sqrt3}{2} < \pi\) d’où \(k= 0\) et \[\int_0^2 \dfrac{x\,\textrm dx}{(x+1)(x^2+x+1)} = -\ln3+ \dfrac12 \ln7 + \dfrac{\sqrt3}{6} \operatorname{arctan} \left( \dfrac{\sqrt3}{2}\right).\]
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