Fonctions primitives

    Mathématiques · 2e Bac Sciences expérimentales (PC et SVT) · Lecture, méthodes et entraînement

    Courbe d'une suite numérique

    L'essentiel

    Dériver, tu sais faire. Ici, on fait le chemin inverse : on connaît une fonction ff et on cherche une fonction FF dont la dérivée est ff. Cette opération est la base du calcul intégral.

    1. Définition

    Définition

    Soit ff une fonction définie sur un intervalle II. On appelle primitive de ff sur II toute fonction FF dérivable sur II telle que F′(x)=f(x)F'(x) = f(x) pour tout x∈Ix \in I.

    Exemple

    F(x)=x3+2xF(x) = x^3 + 2x est une primitive de f(x)=3x2+2f(x) = 3x^2 + 2 sur R\mathbb{R}, car F′(x)=3x2+2F'(x) = 3x^2 + 2.

    2. Existence et ensemble des primitives

    Théorème

    Toute fonction continue sur un intervalle II admet des primitives sur II (résultat admis).

    Propriété

    Si FF est une primitive de ff sur l'intervalle II, alors les primitives de ff sur II sont exactement les fonctions x↦F(x)+kx \mapsto F(x) + k, où kk est une constante réelle.

    En effet, si GG est une autre primitive, alors (G−F)′=f−f=0(G - F)' = f - f = 0 sur l'intervalle II, donc G−FG - F est constante. C'est pour cela qu'on dit « une » primitive et non « la » primitive.

    3. Primitive prenant une valeur donnée

    Propriété

    Soit ff une fonction continue sur un intervalle II, x0∈Ix_0 \in I et y0∈Ry_0 \in \mathbb{R}. Il existe une unique primitive GG de ff sur II telle que G(x0)=y0G(x_0) = y_0.

    Exemple

    Les primitives de f(x)=2xf(x) = 2x sur R\mathbb{R} sont x↦x2+kx \mapsto x^2 + k. Celle qui vaut 55 en x0=1x_0 = 1 vérifie 1+k=51 + k = 5, donc G(x)=x2+4G(x) = x^2 + 4.

    4. Primitives des fonctions usuelles

    Fonction ffUne primitive FFSur l'intervalle
    aa (constante réelle)axaxR\mathbb{R}
    xnx^n (n∈Nn \in \mathbb{N})xn+1n+1\frac{x^{n+1}}{n+1}R\mathbb{R}
    1x2\frac{1}{x^2}−1x-\frac{1}{x}]−∞,0[]-\infty, 0[ ou ]0,+∞[]0, +\infty[
    1xn\frac{1}{x^n} (n≥2n \geq 2)−1(n−1)xn−1-\frac{1}{(n-1)x^{n-1}}]−∞,0[]-\infty, 0[ ou ]0,+∞[]0, +\infty[
    1x\frac{1}{\sqrt{x}}2x2\sqrt{x}]0,+∞[]0, +\infty[
    xrx^r (r∈Qr \in \mathbb{Q}, r≠−1r \neq -1)xr+1r+1\frac{x^{r+1}}{r+1}]0,+∞[]0, +\infty[
    cos⁡x\cos xsin⁡x\sin xR\mathbb{R}
    sin⁡x\sin x−cos⁡x-\cos xR\mathbb{R}
    1+tan⁡2x=1cos⁡2x1 + \tan^2 x = \frac{1}{\cos^2 x}tan⁡x\tan x]−π2+kπ,π2+kπ[\left]-\frac{\pi}{2} + k\pi, \frac{\pi}{2} + k\pi\right[
    cos⁡(ax+b)\cos(ax + b) (a≠0a \neq 0)1asin⁡(ax+b)\frac{1}{a}\sin(ax + b)R\mathbb{R}
    sin⁡(ax+b)\sin(ax + b) (a≠0a \neq 0)−1acos⁡(ax+b)-\frac{1}{a}\cos(ax + b)R\mathbb{R}

    5. Opérations sur les primitives

    Soient uu et vv deux fonctions dérivables sur un intervalle II. Dans chaque ligne, on suppose que les expressions ont un sens sur II.

    FonctionUne primitiveCondition sur II
    u′+v′u' + v'u+vu + vaucune
    k u′k\,u' (k∈Rk \in \mathbb{R})k uk\,uaucune
    u′ unu'\,u^n (n∈Nn \in \mathbb{N})un+1n+1\frac{u^{n+1}}{n+1}aucune
    u′ uru'\,u^r (r∈Qr \in \mathbb{Q}, r≠−1r \neq -1)ur+1r+1\frac{u^{r+1}}{r+1}u>0u > 0
    u′u2\frac{u'}{u^2}−1u-\frac{1}{u}uu ne s'annule pas
    u′un\frac{u'}{u^n} (n≥2n \geq 2)−1(n−1)un−1-\frac{1}{(n-1)u^{n-1}}uu ne s'annule pas
    u′2u\frac{u'}{2\sqrt{u}}u\sqrt{u}u>0u > 0
    u′u\frac{u'}{\sqrt{u}}2u2\sqrt{u}u>0u > 0
    u′cos⁡uu'\cos usin⁡u\sin uaucune
    u′sin⁡uu'\sin u−cos⁡u-\cos uaucune
    u′(1+tan⁡2u)u'(1 + \tan^2 u)tan⁡u\tan ucos⁡u\cos u ne s'annule pas
    u′v+uv′u'v + uv'uvuvaucune
    u′v−uv′v2\frac{u'v - uv'}{v^2}uv\frac{u}{v}vv ne s'annule pas
    u′×(v′∘u)u' \times (v' \circ u)v∘uv \circ uaucune

    Propriété

    Si FF et GG sont des primitives de ff et gg sur II, et si α\alpha et β\beta sont deux réels, alors αF+βG\alpha F + \beta G est une primitive de αf+βg\alpha f + \beta g sur II.

    Attention

    Il n'existe pas de formule générale pour un produit ou un quotient : une primitive de f×gf \times g n'est pas F×GF \times G. Cherche toujours à reconnaître une forme du tableau, quitte à ajuster une constante multiplicative.

    Remarque

    Les formes u′u\frac{u'}{u} (de primitive ln⁡∣u∣\ln|u|) et u′euu'e^{u} (de primitive eue^{u}) seront vues dans les chapitres sur la fonction logarithme et la fonction exponentielle. En attendant, tu ne sais pas encore exprimer une primitive de 1x\frac{1}{x} sur ]0,+∞[]0, +\infty[ : ce sera justement la fonction ln⁡\ln.

    Méthodes

    Méthode 1 : Reconnaître une forme u′unu'u^n en ajustant la constante

    1. Repère la fonction uu, celle qui est élevée à une puissance.
    2. Calcule u′u' et compare-la au facteur présent : il ne doit manquer qu'une constante multiplicative.
    3. Fais apparaître u′u' en multipliant et en divisant par cette constante, puis applique la formule.
    4. Vérifie en dérivant ton résultat.

    Exemple

    Soit f(x)=x2(x3+1)4f(x) = x^2(x^3 + 1)^4. Avec u(x)=x3+1u(x) = x^3 + 1, on a u′(x)=3x2u'(x) = 3x^2, donc f=13 u′ u4f = \frac{1}{3}\,u'\,u^4. Une primitive est F(x)=13×(x3+1)55=(x3+1)515F(x) = \frac{1}{3} \times \frac{(x^3 + 1)^5}{5} = \frac{(x^3 + 1)^5}{15}.

    Méthode 2 : Reconnaître u′u2\frac{u'}{u^2} ou u′u\frac{u'}{\sqrt{u}}

    1. Repère la fonction uu au dénominateur (au carré ou sous la racine).
    2. Vérifie que le numérateur est u′u', à une constante près.
    3. Applique : u′u2\frac{u'}{u^2} donne −1u-\frac{1}{u} et u′u\frac{u'}{\sqrt{u}} donne 2u2\sqrt{u}. Précise l'intervalle.

    Exemple

    Sur ]13,+∞[\left]\frac{1}{3}, +\infty\right[, f(x)=3(3x−1)2f(x) = \frac{3}{(3x - 1)^2} est de la forme u′u2\frac{u'}{u^2} avec u(x)=3x−1u(x) = 3x - 1 : F(x)=−13x−1F(x) = -\frac{1}{3x - 1}. Sur R\mathbb{R}, g(x)=xx2+9=12×2xx2+9g(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 9}} = \frac{1}{2} \times \frac{2x}{\sqrt{x^2 + 9}}, donc G(x)=x2+9G(x) = \sqrt{x^2 + 9}.

    Méthode 3 : Trouver la primitive qui prend une valeur donnée

    1. Détermine une primitive FF de ff, puis écris toutes les primitives F+kF + k.
    2. Traduis la condition G(x0)=y0G(x_0) = y_0 par une équation d'inconnue kk.
    3. Résous et écris GG explicitement.

    Exemple

    Soit f(x)=4x3−1f(x) = 4x^3 - 1. On cherche GG telle que G(1)=5G(1) = 5. On a G(x)=x4−x+kG(x) = x^4 - x + k et G(1)=1−1+k=kG(1) = 1 - 1 + k = k, donc k=5k = 5 : G(x)=x4−x+5G(x) = x^4 - x + 5.

    Méthode 4 : Linéariser cos⁡2x\cos^2 x et sin⁡2x\sin^2 x

    1. Utilise les formules cos⁡2x=1+cos⁡(2x)2\cos^2 x = \frac{1 + \cos(2x)}{2} et sin⁡2x=1−cos⁡(2x)2\sin^2 x = \frac{1 - \cos(2x)}{2}.
    2. Calcule une primitive de chaque terme avec cos⁡(ax+b)\cos(ax + b).

    Exemple

    sin⁡2x=12−12cos⁡(2x)\sin^2 x = \frac{1}{2} - \frac{1}{2}\cos(2x), donc une primitive est F(x)=x2−sin⁡(2x)4F(x) = \frac{x}{2} - \frac{\sin(2x)}{4}.

    Méthode 5 : Transformer une fraction avant de chercher une primitive

    1. Si le numérateur ressemble au dénominateur, fais apparaître celui-ci dans le numérateur.
    2. Sépare en une somme de termes du tableau (constante, u′u2\frac{u'}{u^2}, u′un\frac{u'}{u^n}...).
    3. Calcule une primitive de chaque terme.

    Exemple

    Sur ]−1,+∞[]-1, +\infty[, f(x)=x2+2x(x+1)2=(x+1)2−1(x+1)2=1−1(x+1)2f(x) = \frac{x^2 + 2x}{(x+1)^2} = \frac{(x+1)^2 - 1}{(x+1)^2} = 1 - \frac{1}{(x+1)^2}. Une primitive est F(x)=x+1x+1F(x) = x + \frac{1}{x + 1}.

    Exercices corrigés

    Exercice 1 : Primitives usuelles

    Facile
    Énoncé

    Détermine une primitive de chaque fonction sur l'intervalle indiqué.

    1. f1(x)=6x2−4x+5f_1(x) = 6x^2 - 4x + 5 sur R\mathbb{R}
    2. f2(x)=x42−3x2f_2(x) = \frac{x^4}{2} - \frac{3}{x^2} sur ]0,+∞[]0, +\infty[
    3. f3(x)=1x+cos⁡xf_3(x) = \frac{1}{\sqrt{x}} + \cos x sur ]0,+∞[]0, +\infty[
    4. f4(x)=1x3f_4(x) = \frac{1}{x^3} sur ]0,+∞[]0, +\infty[
    Voir le corrigé
    1. F1(x)=6×x33−4×x22+5x=2x3−2x2+5xF_1(x) = 6 \times \frac{x^3}{3} - 4 \times \frac{x^2}{2} + 5x = 2x^3 - 2x^2 + 5x.
    2. F2(x)=12×x55−3×(−1x)=x510+3xF_2(x) = \frac{1}{2} \times \frac{x^5}{5} - 3 \times \left(-\frac{1}{x}\right) = \frac{x^5}{10} + \frac{3}{x}.
    3. F3(x)=2x+sin⁡xF_3(x) = 2\sqrt{x} + \sin x.
    4. Avec la formule de 1xn\frac{1}{x^n} pour n=3n = 3 : F4(x)=−12x2F_4(x) = -\frac{1}{2x^2}. Vérification : F4′(x)=−12×−2xx4=1x3F_4'(x) = -\frac{1}{2} \times \frac{-2x}{x^4} = \frac{1}{x^3}.

    Exercice 2 : Forme u′unu'u^n

    Facile
    Énoncé

    Détermine une primitive de chaque fonction sur R\mathbb{R}.

    1. f(x)=(2x+1)(x2+x+3)4f(x) = (2x + 1)(x^2 + x + 3)^4
    2. g(x)=x(x2−1)3g(x) = x(x^2 - 1)^3
    3. h(x)=(3x−2)5h(x) = (3x - 2)^5
    Voir le corrigé
    1. Avec u(x)=x2+x+3u(x) = x^2 + x + 3, on a u′(x)=2x+1u'(x) = 2x + 1 : f=u′ u4f = u'\,u^4, donc F(x)=(x2+x+3)55F(x) = \frac{(x^2 + x + 3)^5}{5}.
    2. Avec u(x)=x2−1u(x) = x^2 - 1, u′(x)=2xu'(x) = 2x, donc g=12 u′ u3g = \frac{1}{2}\,u'\,u^3 et G(x)=12×(x2−1)44=(x2−1)48G(x) = \frac{1}{2} \times \frac{(x^2 - 1)^4}{4} = \frac{(x^2 - 1)^4}{8}.
    3. Avec u(x)=3x−2u(x) = 3x - 2, u′(x)=3u'(x) = 3, donc h=13 u′ u5h = \frac{1}{3}\,u'\,u^5 et H(x)=13×(3x−2)66=(3x−2)618H(x) = \frac{1}{3} \times \frac{(3x - 2)^6}{6} = \frac{(3x - 2)^6}{18}.

    Exercice 3 : Formes u′u2\frac{u'}{u^2} et u′u\frac{u'}{\sqrt{u}}

    Facile
    Énoncé

    Détermine une primitive de chaque fonction sur l'intervalle indiqué.

    1. f(x)=2(2x+1)2f(x) = \frac{2}{(2x + 1)^2} sur ]−12,+∞[\left]-\frac{1}{2}, +\infty\right[
    2. g(x)=xx2+4g(x) = \frac{x}{\sqrt{x^2 + 4}} sur R\mathbb{R}
    3. h(x)=x+1(x2+2x+5)2h(x) = \frac{x + 1}{(x^2 + 2x + 5)^2} sur R\mathbb{R}
    Voir le corrigé
    1. Avec u(x)=2x+1u(x) = 2x + 1, u′(x)=2u'(x) = 2 : f=u′u2f = \frac{u'}{u^2}, donc F(x)=−12x+1F(x) = -\frac{1}{2x + 1}.
    2. Avec u(x)=x2+4>0u(x) = x^2 + 4 > 0, u′(x)=2xu'(x) = 2x : g=u′2ug = \frac{u'}{2\sqrt{u}}, donc G(x)=x2+4G(x) = \sqrt{x^2 + 4}.
    3. Avec u(x)=x2+2x+5u(x) = x^2 + 2x + 5, on a u′(x)=2x+2=2(x+1)u'(x) = 2x + 2 = 2(x + 1). De plus u(x)=(x+1)2+4>0u(x) = (x + 1)^2 + 4 > 0, donc uu ne s'annule pas sur R\mathbb{R}. Ainsi h=12×u′u2h = \frac{1}{2} \times \frac{u'}{u^2} et :
    H(x)=−12(x2+2x+5)H(x) = -\frac{1}{2(x^2 + 2x + 5)}

    Exercice 4 : Fonctions trigonométriques

    Moyen
    Énoncé

    Détermine une primitive de chaque fonction.

    1. f(x)=sin⁡(3x)+cos⁡(x2)f(x) = \sin(3x) + \cos\left(\frac{x}{2}\right) sur R\mathbb{R}
    2. g(x)=sin⁡xcos⁡3xg(x) = \sin x \cos^3 x sur R\mathbb{R}
    3. h(x)=cos⁡2xh(x) = \cos^2 x sur R\mathbb{R}
    4. k(x)=tan⁡2xk(x) = \tan^2 x sur ]−π2,π2[\left]-\frac{\pi}{2}, \frac{\pi}{2}\right[
    Voir le corrigé
    1. F(x)=−13cos⁡(3x)+2sin⁡(x2)F(x) = -\frac{1}{3}\cos(3x) + 2\sin\left(\frac{x}{2}\right), car une primitive de cos⁡(x2)\cos\left(\frac{x}{2}\right) est 11/2sin⁡(x2)\frac{1}{1/2}\sin\left(\frac{x}{2}\right).
    2. Avec u(x)=cos⁡xu(x) = \cos x, u′(x)=−sin⁡xu'(x) = -\sin x, donc g=−u′ u3g = -u'\,u^3 et G(x)=−cos⁡4x4G(x) = -\frac{\cos^4 x}{4}.
    3. cos⁡2x=12+12cos⁡(2x)\cos^2 x = \frac{1}{2} + \frac{1}{2}\cos(2x), donc H(x)=x2+sin⁡(2x)4H(x) = \frac{x}{2} + \frac{\sin(2x)}{4}.
    4. tan⁡2x=(1+tan⁡2x)−1\tan^2 x = (1 + \tan^2 x) - 1, donc K(x)=tan⁡x−xK(x) = \tan x - x.

    Exercice 5 : Primitive prenant une valeur donnée

    Moyen
    Énoncé
    1. Soit f(x)=3x2−2x+1x2f(x) = 3x^2 - 2x + \frac{1}{x^2} sur ]0,+∞[]0, +\infty[. Détermine la primitive FF de ff telle que F(1)=2F(1) = 2.
    2. Soit g(x)=cos⁡(2x)−sin⁡xg(x) = \cos(2x) - \sin x sur R\mathbb{R}. Détermine la primitive GG de gg telle que G(π)=0G(\pi) = 0.
    Voir le corrigé
    1. Les primitives de ff sont F(x)=x3−x2−1x+kF(x) = x^3 - x^2 - \frac{1}{x} + k. Alors F(1)=1−1−1+k=k−1F(1) = 1 - 1 - 1 + k = k - 1, et F(1)=2F(1) = 2 donne k=3k = 3 :
    F(x)=x3−x2−1x+3F(x) = x^3 - x^2 - \frac{1}{x} + 3
    1. Les primitives de gg sont G(x)=sin⁡(2x)2+cos⁡x+kG(x) = \frac{\sin(2x)}{2} + \cos x + k. Alors G(π)=0+(−1)+kG(\pi) = 0 + (-1) + k, et G(π)=0G(\pi) = 0 donne k=1k = 1 :
    G(x)=sin⁡(2x)2+cos⁡x+1G(x) = \frac{\sin(2x)}{2} + \cos x + 1

    Exercice 6 : Puissances rationnelles

    Moyen
    Énoncé

    Détermine une primitive de chaque fonction sur l'intervalle indiqué.

    1. f(x)=x3f(x) = \sqrt[3]{x} sur ]0,+∞[]0, +\infty[
    2. g(x)=xx2+1g(x) = x\sqrt{x^2 + 1} sur R\mathbb{R}
    3. h(x)=1(2x+1)23h(x) = \frac{1}{\sqrt[3]{(2x + 1)^2}} sur ]−12,+∞[\left]-\frac{1}{2}, +\infty\right[
    Voir le corrigé
    1. f(x)=x13f(x) = x^{\frac{1}{3}}, donc F(x)=x4343=34 x43=34 xx3F(x) = \frac{x^{\frac{4}{3}}}{\frac{4}{3}} = \frac{3}{4}\,x^{\frac{4}{3}} = \frac{3}{4}\,x\sqrt[3]{x}.
    2. Avec u(x)=x2+1>0u(x) = x^2 + 1 > 0 et u′(x)=2xu'(x) = 2x : g=12 u′ u12g = \frac{1}{2}\,u'\,u^{\frac{1}{2}}, donc G(x)=12×u3232=13(x2+1)32=13(x2+1)x2+1G(x) = \frac{1}{2} \times \frac{u^{\frac{3}{2}}}{\frac{3}{2}} = \frac{1}{3}(x^2 + 1)^{\frac{3}{2}} = \frac{1}{3}(x^2 + 1)\sqrt{x^2 + 1}.
    3. h(x)=(2x+1)−23h(x) = (2x + 1)^{-\frac{2}{3}}. Avec u(x)=2x+1>0u(x) = 2x + 1 > 0 et u′(x)=2u'(x) = 2 : h=12 u′ u−23h = \frac{1}{2}\,u'\,u^{-\frac{2}{3}}, donc H(x)=12×u1313=322x+13H(x) = \frac{1}{2} \times \frac{u^{\frac{1}{3}}}{\frac{1}{3}} = \frac{3}{2}\sqrt[3]{2x + 1}.

    Vérification de 3. : H′(x)=32×13×2 (2x+1)−23=(2x+1)−23=h(x)H'(x) = \frac{3}{2} \times \frac{1}{3} \times 2\,(2x + 1)^{-\frac{2}{3}} = (2x + 1)^{-\frac{2}{3}} = h(x).

    Exercice 7 : Décomposer une fraction

    Difficile
    Énoncé

    Soit f(x)=x(x+1)3f(x) = \frac{x}{(x + 1)^3} sur ]−1,+∞[]-1, +\infty[.

    1. Montre que f(x)=1(x+1)2−1(x+1)3f(x) = \frac{1}{(x + 1)^2} - \frac{1}{(x + 1)^3}.
    2. Déduis une primitive FF de ff sur ]−1,+∞[]-1, +\infty[.
    3. Détermine la primitive GG de ff qui s'annule en 00, et montre que G(x)=x22(x+1)2G(x) = \frac{x^2}{2(x + 1)^2}.
    Voir le corrigé
    1. 1(x+1)2−1(x+1)3=(x+1)−1(x+1)3=x(x+1)3=f(x)\frac{1}{(x + 1)^2} - \frac{1}{(x + 1)^3} = \frac{(x + 1) - 1}{(x + 1)^3} = \frac{x}{(x + 1)^3} = f(x).
    1. Avec u(x)=x+1u(x) = x + 1 (u′=1u' = 1), 1u2\frac{1}{u^2} a pour primitive −1u-\frac{1}{u} et 1u3\frac{1}{u^3} a pour primitive −12u2-\frac{1}{2u^2}. Donc :
    F(x)=−1x+1+12(x+1)2F(x) = -\frac{1}{x + 1} + \frac{1}{2(x + 1)^2}
    1. F(0)=−1+12=−12F(0) = -1 + \frac{1}{2} = -\frac{1}{2}, donc G(x)=F(x)+12G(x) = F(x) + \frac{1}{2}. On réduit au même dénominateur :
    G(x)=−2(x+1)+1+(x+1)22(x+1)2=x2+2x+1−2x−2+12(x+1)2=x22(x+1)2G(x) = \frac{-2(x + 1) + 1 + (x + 1)^2}{2(x + 1)^2} = \frac{x^2 + 2x + 1 - 2x - 2 + 1}{2(x + 1)^2} = \frac{x^2}{2(x + 1)^2}

    Contrôle : G(0)=0G(0) = 0.

    Exercice 8 : Vérifier puis exploiter une primitive

    Type Bac
    Énoncé

    Soit ff la fonction définie sur ]−1,+∞[]-1, +\infty[ par f(x)=xx+1f(x) = x\sqrt{x + 1}.

    1. Montre que F(x)=215(3x−2)(x+1)x+1F(x) = \frac{2}{15}(3x - 2)(x + 1)\sqrt{x + 1} est une primitive de ff sur ]−1,+∞[]-1, +\infty[.
    2. Déduis la primitive GG de ff qui s'annule en 00.
    3. Retrouve le résultat de 1. autrement : vérifie que f(x)=(x+1)32−(x+1)12f(x) = (x + 1)^{\frac{3}{2}} - (x + 1)^{\frac{1}{2}}, puis calcule une primitive de chaque terme.
    Voir le corrigé
    1. On écrit F(x)=215(3x−2)(x+1)32F(x) = \frac{2}{15}(3x - 2)(x + 1)^{\frac{3}{2}} et on dérive le produit :
    F′(x)=215[3(x+1)32+(3x−2)×32(x+1)12]=215x+1[3(x+1)+32(3x−2)]F'(x) = \frac{2}{15}\left[3(x + 1)^{\frac{3}{2}} + (3x - 2) \times \frac{3}{2}(x + 1)^{\frac{1}{2}}\right] = \frac{2}{15}\sqrt{x + 1}\left[3(x + 1) + \frac{3}{2}(3x - 2)\right]

    Le crochet vaut 3x+3+92x−3=152x3x + 3 + \frac{9}{2}x - 3 = \frac{15}{2}x. Donc F′(x)=215×152 xx+1=xx+1=f(x)F'(x) = \frac{2}{15} \times \frac{15}{2}\,x\sqrt{x + 1} = x\sqrt{x + 1} = f(x).

    1. F(0)=215×(−2)×1=−415F(0) = \frac{2}{15} \times (-2) \times 1 = -\frac{4}{15}. La primitive qui s'annule en 00 est G(x)=F(x)−F(0)=F(x)+415G(x) = F(x) - F(0) = F(x) + \frac{4}{15}.
    1. (x+1)32−(x+1)12=(x+1)12((x+1)−1)=xx+1(x + 1)^{\frac{3}{2}} - (x + 1)^{\frac{1}{2}} = (x + 1)^{\frac{1}{2}}\big((x + 1) - 1\big) = x\sqrt{x + 1}. Avec la forme u′uru'u^r (u(x)=x+1u(x) = x + 1) :
    25(x+1)52−23(x+1)32=(x+1)32(2(x+1)5−23)=(x+1)32×6x−415\frac{2}{5}(x + 1)^{\frac{5}{2}} - \frac{2}{3}(x + 1)^{\frac{3}{2}} = (x + 1)^{\frac{3}{2}}\left(\frac{2(x + 1)}{5} - \frac{2}{3}\right) = (x + 1)^{\frac{3}{2}} \times \frac{6x - 4}{15}

    et 6x−415=215(3x−2)\frac{6x - 4}{15} = \frac{2}{15}(3x - 2) : on retrouve exactement F(x)F(x).

    Exercice 9 : Primitive de sin⁡3x\sin^3 x

    Type Bac
    Énoncé

    Soit f(x)=sin⁡3xf(x) = \sin^3 x sur R\mathbb{R}.

    1. Montre que f(x)=sin⁡x−sin⁡xcos⁡2xf(x) = \sin x - \sin x\cos^2 x.
    2. Déduis une primitive de ff sur R\mathbb{R}.
    3. Détermine la primitive FF de ff telle que F(0)=0F(0) = 0, puis calcule F(π)F(\pi).
    Voir le corrigé
    1. sin⁡3x=sin⁡x×sin⁡2x=sin⁡x(1−cos⁡2x)=sin⁡x−sin⁡xcos⁡2x\sin^3 x = \sin x \times \sin^2 x = \sin x(1 - \cos^2 x) = \sin x - \sin x\cos^2 x.
    1. Une primitive de sin⁡x\sin x est −cos⁡x-\cos x. Pour sin⁡xcos⁡2x\sin x\cos^2 x, on pose u(x)=cos⁡xu(x) = \cos x, u′(x)=−sin⁡xu'(x) = -\sin x : sin⁡xcos⁡2x=−u′ u2\sin x\cos^2 x = -u'\,u^2, de primitive −cos⁡3x3-\frac{\cos^3 x}{3}. Donc une primitive de ff est :
    x↦−cos⁡x+cos⁡3x3x \mapsto -\cos x + \frac{\cos^3 x}{3}
    1. F(x)=−cos⁡x+cos⁡3x3+kF(x) = -\cos x + \frac{\cos^3 x}{3} + k et F(0)=−1+13+k=k−23F(0) = -1 + \frac{1}{3} + k = k - \frac{2}{3}. La condition F(0)=0F(0) = 0 donne k=23k = \frac{2}{3} :
    F(x)=−cos⁡x+cos⁡3x3+23F(x) = -\cos x + \frac{\cos^3 x}{3} + \frac{2}{3}

    Enfin F(π)=−(−1)+(−1)33+23=1−13+23=43F(\pi) = -(-1) + \frac{(-1)^3}{3} + \frac{2}{3} = 1 - \frac{1}{3} + \frac{2}{3} = \frac{4}{3}.

    QCM

    QCM de 7 questions

    Une réponse, puis l'explication : les questions ratées sont gardées dans Mes pièges.

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    Erreurs fréquentes

    • Dériver au lieu de chercher une primitive : une primitive de x3x^3 est x44\frac{x^4}{4}, pas 3x23x^2.
    • Oublier la constante d'ajustement : une primitive de (3x−2)5(3x - 2)^5 est (3x−2)618\frac{(3x - 2)^6}{18}, pas (3x−2)66\frac{(3x - 2)^6}{6}. Vérifie toujours en dérivant.
    • Se tromper de signe : une primitive de sin⁡x\sin x est −cos⁡x-\cos x, et une primitive de u′u2\frac{u'}{u^2} est −1u-\frac{1}{u}.
    • Prendre F×GF \times G comme primitive de f×gf \times g : cette « formule » est fausse.
    • Ne pas préciser l'intervalle : les propriétés des primitives (existence, unicité à une constante près) ne valent que sur un intervalle. Pour 1x2\frac{1}{x^2}, travaille sur ]0,+∞[]0, +\infty[ ou sur ]−∞,0[]-\infty, 0[, car R∗\mathbb{R}^* n'est pas un intervalle.
    • Oublier de déterminer la constante kk quand l'énoncé impose une condition G(x0)=y0G(x_0) = y_0.
    • Appliquer la formule u′unu'u^n alors que le facteur n'est pas u′u' à une constante près : (x2+1)3(x^2 + 1)^3 seul n'est pas de la forme u′u3u'u^3.

    À retenir

    • FF est une primitive de ff sur II si et seulement si F′=fF' = f sur II.
    • Toute fonction continue sur un intervalle admet des primitives ; elles diffèrent toutes d'une constante.
    • Il existe une unique primitive prenant la valeur y0y_0 en x0x_0.
    • u′unu'u^n a pour primitive un+1n+1\frac{u^{n+1}}{n+1} ; u′uru'u^r a pour primitive ur+1r+1\frac{u^{r+1}}{r+1} (r∈Qr \in \mathbb{Q}, r≠−1r \neq -1, u>0u > 0).
    • u′u2\frac{u'}{u^2} a pour primitive −1u-\frac{1}{u} ; u′2u\frac{u'}{2\sqrt{u}} a pour primitive u\sqrt{u}.
    • u′cos⁡uu'\cos u a pour primitive sin⁡u\sin u ; u′sin⁡uu'\sin u a pour primitive −cos⁡u-\cos u ; u′(1+tan⁡2u)u'(1 + \tan^2 u) a pour primitive tan⁡u\tan u.
    • cos⁡(ax+b)\cos(ax + b) a pour primitive 1asin⁡(ax+b)\frac{1}{a}\sin(ax + b) et sin⁡(ax+b)\sin(ax + b) a pour primitive −1acos⁡(ax+b)-\frac{1}{a}\cos(ax + b).
    • Pour cos⁡2\cos^2 et sin⁡2\sin^2 : linéarise avec cos⁡(2x)\cos(2x).
    • Vérifie toujours ton résultat en le dérivant.

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