Guide de pratique indépendant

Choisir une méthode d’intégration

Comparez la substitution, l’intégration par parties, les fractions partielles et la substitution trigonométrique, avec choix des signes, exemples résolus et exercices progressifs.

Nablio · 35 minPublié le

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1. Observer la structure avant de choisir une formule

Connaître des formules d’intégration ne suffit pas toujours pour savoir par où commencer. Une première question utile est : quelle transformation rendrait cette expression plus facile à intégrer? On peut simplifier son écriture algébrique, remplacer une expression composée par une nouvelle variable ou transformer l’intégrale en une autre plus simple.

Ce guide développe ce raisonnement à l’aide de la substitution, de l’intégration par parties, des fractions partielles et de la substitution trigonométrique. Il suppose que vous connaissez les primitives usuelles ainsi que les règles de dérivation en chaîne et du produit. Le but est de pouvoir justifier votre première étape, reconnaître quand elle n’aide pas et vérifier le résultat.

Dans la notation qui suit, xx est la variable d’intégration et dxdx précise cette variable. L’intégrande est l’expression qu’on intègre. Une primitive est une fonction dont la dérivée est égale à l’intégrande. Le symbole CC désigne une constante réelle arbitraire : ajouter une constante ne change pas la dérivée. Le nombre e≈2,718e\approx2{,}718 est la base de l’exponentielle naturelle; ln⁡\ln désigne le logarithme naturel, sa fonction réciproque.

Comparez ces deux intégrales presque identiques :

∫xex2 dxet∫xe2x dx\int x e^{x^2}\,dx\qquad\text{et}\qquad\int x e^{2x}\,dx

Les deux contiennent un produit. Dans la première, la dérivée de l’exposant est 2x2x : le facteur xx devant l’exponentielle fournit donc la dérivée recherchée, à un facteur constant près. Dans la seconde, la dérivée de l’exposant est simplement 22; le facteur xx reste à traiter. Cette petite différence rend la substitution naturelle pour la première et l’intégration par parties utile pour la seconde.

Trois indices possibles mènent à la substitution, à l’intégration par parties ou aux fractions partielles. Après chaque transformation, on examine de nouveau l’intégrale.
Figure 1. Utilisez ces questions comme des indices qui peuvent se recouper. Après toute réécriture, examinez de nouveau l’intégrale. Cherchez une étape qui mène vers une intégrale plus facile à traiter.

Parcours du guide : simplifier → substituer → intégrer par parties → décomposer en fractions partielles → combiner et vérifier → substitution trigonométrique → s’exercer. Lisez les exemples résolus dans l’ordre, puis essayez les exercices avant d’ouvrir les solutions.

2. Simplifier avant de choisir une technique

Une intégrale qui ressemble à un quotient peut ne demander qu’une division ou une simplification de facteurs. Par exemple :

∫x2+1x dx=∫(x+1x)dx=x22+ln⁡∣x∣+C,x≠0.\begin{aligned}&\int\frac{x^2+1}{x}\,dx\\&=\int\left(x+\frac1x\right)dx\\&=\frac{x^2}{2}+\ln|x|+C,\qquad x\ne0.\end{aligned}

Le logarithme apparaît parce que la règle d’intégration des puissances exclut l’exposant −1-1. Aucune autre méthode n’est nécessaire ici. De même, développer un produit court de polynômes peut être plus simple qu’intégrer par parties. En revanche, gardez une puissance comme (x2+4)8(x^2+4)^8 sous sa forme compacte lorsque la dérivée de l’expression intérieure apparaît à proximité.

Si l’algèbre vous bloque, reprenez le guide Avant le calcul : 10 compétences en algèbre à maîtriser. Ici, nous examinerons surtout ce que l’algèbre révèle sur le choix d’une méthode d’intégration.

3. La substitution : remonter la règle de dérivation en chaîne

Soit ff une fonction et FF l’une de ses primitives, donc F′(u)=f(u)F^{\prime}(u)=f(u); le symbole prime indique une dérivée. Soit g(x)g(x) une fonction intérieure dérivable. On utilise uu pour désigner sa valeur. La règle de dérivation en chaîne donne :

ddxF(g(x))=f(g(x))g′(x).\frac{d}{dx}F(g(x))=f(g(x))g'(x).

Lire cette égalité en sens inverse explique la substitution, aussi appelée changement de variable. Quand l’intégrande contient f(g(x))f(g(x)) accompagné de g′(x)g'(x), poser u=g(x)u=g(x) permet de regrouper ces éléments sous la forme f(u) duf(u)\,du. La différentielle du=g′(x) dxdu=g'(x)\,dx traduit le changement de variable : elle fait partie du calcul.

Exemple résolu : ajuster un facteur constant

Pour ∫6x(x2+4)2 dx\int 6x(x^2+4)^2\,dx, choisissons u=x2+4u=x^2+4. Alors du=2x dxdu=2x\,dx, donc 6x dx=3 du6x\,dx=3\,du :

∫6x(x2+4)2 dx=3∫u2 du=u3+C=(x2+4)3+C.\begin{aligned}&\int 6x(x^2+4)^2\,dx\\&=3\int u^2\,du\\&=u^3+C\\&=(x^2+4)^3+C.\end{aligned}

Le facteur 33 compense l’écart entre 6x dx6x\,dx et dudu. La dérivée du résultat est 3(x2+4)2(2x)3(x^2+4)^2(2x), exactement l’intégrande de départ.

Vérifier l’ensemble du changement de variable

Dans ∫xex2 dx\int xe^{x^2}\,dx, poser u=x2u=x^2 donne 12∫eu du\frac12\int e^u\,du, puis 12ex2+C\frac12e^{x^2}+C. Mais enlever le facteur xx devant l’exponentielle change le problème. Pour ∫ex2 dx\int e^{x^2}\,dx, la même substitution ne donne pas ∫eu du\int e^u\,du. On ne peut pas supprimer le facteur nécessaire au remplacement de dxdx.

Point de contrôle : après la substitution, avez-vous réécrit toutes les variables et la différentielle de façon cohérente? La nouvelle intégrale est-elle plus simple? La présence de la dérivée intérieure est un indice précieux, mais elle n’est pas indispensable à toute substitution utile. Il faut parfois aussi exprimer un facteur xx restant en fonction de uu.

4. Comprendre le rôle de la différentielle et des bornes

Considérons une intégrale définie avec u=x2+1u=x^2+1 et du=2x dxdu=2x\,dx. Lorsque x=0x=0, on a u=1u=1; lorsque x=1x=1, on a u=2u=2 :

∫012xx2+1 dx=∫121u du=ln⁡2.\int_0^1\frac{2x}{x^2+1}\,dx=\int_1^2\frac1u\,du=\ln2.

Les courbes ci-dessous ont des formes différentes et ne couvrent pas les mêmes intervalles horizontaux. Pourtant, les aires colorées sont égales. La substitution change à la fois l’expression de la fonction et la mesure des largeurs horizontales.

Aires égales avant et après la substitution u = x² + 1 : l’intégrale de 2x/(x²+1) de 0 à 1 et celle de 1/u de 1 à 2 valent ln 2.
Figure 2. Les deux aires colorées valent ln⁡2\ln 2. Les régions orange correspondent à des sous-intervalles associés : de 0,50{,}5 à 0,80{,}8 en xx, et de 1,251{,}25 à 1,641{,}64 en uu. Leurs aires sont également égales, dans les unités des axes.

Le symbole Δx\Delta x désigne une petite variation de xx, et Δu\Delta u la variation correspondante de uu. Pour une bande suffisamment étroite, Δu≈2x Δx\Delta u\approx2x\,\Delta x; à la limite, on obtient du=2x dxdu=2x\,dx. La hauteur initiale 2x/(x2+1)2x/(x^2+1) et la nouvelle hauteur 1/u1/u décrivent la même quantité accumulée lorsqu’on les associe à la largeur appropriée. Changer seulement le nom de la fonction ferait perdre cette compensation.

Deux démarches permettent de terminer correctement une intégrale définie :

  • Passer entièrement à uu, y compris dans les bornes, comme ci-dessus
  • Trouver une primitive, revenir à xx, puis utiliser les bornes initiales en xx

N’évaluez pas une primitive en uu avec des bornes restées en xx. N’ajoutez pas +C+C à la valeur numérique finale : la constante s’annule lorsqu’on soustrait les valeurs aux bornes.

Comparaison rapide : ∫2x/(x2+1) dx\int 2x/(x^2+1)\,dx suggère un logarithme. L’intégrale voisine ∫1/(x2+1) dx\int 1/(x^2+1)\,dx correspond à la primitive usuelle en arctangente. Le numérateur détermine quelle dérivée on reconnaît.

5. L’intégration par parties : remonter la règle du produit

Pour cette méthode, uu et vv désignent des fonctions dérivables de xx. Il s’agit de nouveaux choix, sans lien avec la variable de substitution de la section précédente. Leurs différentielles sont du=u′(x) dxdu=u^{\prime}(x)\,dx et dv=v′(x) dxdv=v^{\prime}(x)\,dx. La règle du produit donne d(uv)=u dv+v dud(uv)=u\,dv+v\,du. En intégrant puis en réorganisant :

∫u dv=uv−∫v du.\int u\,dv=uv-\int v\,du.

Cette formule remplace une intégrale par une autre. Choisissez uu pour que sa dérivée soit utile, et dvdv pour pouvoir réellement trouver vv. Examinez ensuite l’intégrale restante avant de poursuivre un long calcul.

Exemple résolu : diminuer la difficulté

Revenons à ∫xe2x dx\int xe^{2x}\,dx. Dériver xx fait disparaître ce facteur, et intégrer e2xe^{2x} est simple :

u=x,du=dx,dv=e2x dx,v=12e2x.\begin{aligned}u&=x,\\du&=dx,\\dv&=e^{2x}\,dx,\\v&=\frac12e^{2x}.\end{aligned}

∫xe2x dx=xe2x2−12∫e2x dx=xe2x2−e2x4+C.\begin{aligned}&\int xe^{2x}\,dx\\&=\frac{xe^{2x}}2-\frac12\int e^{2x}\,dx\\&=\frac{xe^{2x}}2-\frac{e^{2x}}4+C.\end{aligned}

Pourquoi a-t-on avancé? L’intégrale restante ne contient plus le facteur polynomial. En dérivant la réponse, on obtient deux termes supplémentaires e2x/2e^{2x}/2 de signes opposés. Ils s’annulent et il reste xe2xxe^{2x}.

Inverser les choix est permis, mais peu utile : prendre u=e2xu=e^{2x} et dv=x dxdv=x\,dx laisse une intégrale contenant x2e2xx^2e^{2x}. Le degré du polynôme a augmenté au lieu de diminuer. Une application correcte de la formule ne garantit donc pas un choix efficace.

Un produit peut être caché

Dans ∫ln⁡x dx\int\ln x\,dx, écrivons l’intégrande sous la forme ln⁡x⋅1\ln x\cdot1, avec x>0x>0. Choisissons u=ln⁡xu=\ln x et dv=dxdv=dx :

∫ln⁡x dx=xln⁡x−∫x1x dx=xln⁡x−x+C.\begin{aligned}&\int\ln x\,dx\\&=x\ln x-\int x\frac1x\,dx\\&=x\ln x-x+C.\end{aligned}

Le gain vient de la simplification dans v duv\,du, même si 1/x1/x, pris seul, ne semble pas plus simple. C’est pourquoi une suggestion comme « dériver d’abord le logarithme » est un repère utile, sans garantir que le choix fonctionnera.

Erreur fréquente : intégrer un produit ne revient pas à multiplier deux primitives. Par exemple, ∫x⋅x dx=x3/3+C\int x\cdot x\,dx=x^3/3+C, tandis que (x2/2)(x2/2)=x4/4(x^2/2)(x^2/2)=x^4/4 a pour dérivée x3x^3, et non x2x^2.

Quand l’intégration par parties ramène l’intégrale de départ

Une seule intégration par parties ne termine pas toujours le calcul. Dans un produit de polynôme et d’exponentielle, les dérivations successives peuvent faire disparaître le polynôme. Dans un produit d’exponentielle et de sinus ou de cosinus, dériver deux fois le facteur trigonométrique ramène la même fonction avec un changement de signe. On peut ainsi obtenir une équation dont l’inconnue est l’intégrale, même si aucun facteur ne disparaît.

Utilisez cette section après l’exemple à une seule intégration par parties ci-dessus. Nous appliquerons deux fois la méthode, puis résoudrons l’équation obtenue. Les arguments trigonométriques sont en radians.

Exemple résolu : conserver la même intégrale tout au long du calcul

Trouvons une primitive de exsin⁡xe^x\sin x. Pour traiter les constantes sans ambiguïté, définissons d’abord deux fonctions particulières avec la même borne inférieure fixe :

I(x)=∫0xetsin⁡t dt,J(x)=∫0xetcos⁡t dt.\begin{aligned}I(x)&=\int_0^x e^t\sin t\,dt,\\J(x)&=\int_0^x e^t\cos t\,dt.\end{aligned}

La lettre tt désigne la variable d’intégration, et xx la borne supérieure. Les deux fonctions valent zéro en x=0x=0; aucune ne contient donc de constante arbitraire. Les intégrandes sont continus sur tous les réels.

Premier passage : choisissons u=sin⁡tu=\sin t, dv=et dtdv=e^t\,dt, donc du=cos⁡t dtdu=\cos t\,dt et v=etv=e^t. Utilisons la forme définie ∫abu dv=[uv]ab−∫abv du\int_a^b u\,dv=[uv]_a^b-\int_a^b v\,du :

I(x)=[etsin⁡t]0x−J(x)=exsin⁡x−J(x).\begin{aligned}I(x)&=[e^t\sin t]_0^x-J(x)\\&=e^x\sin x-J(x).\end{aligned}

Deuxième passage : dans J(x)J(x), dérivons de nouveau le facteur trigonométrique. Avec u=cos⁡tu=\cos t et dv=et dtdv=e^t\,dt, on a du=−sin⁡t dtdu=-\sin t\,dt. Le signe moins de la formule et celui de dudu donnent un signe plus :

J(x)=[etcos⁡t]0x+I(x)=excos⁡x−1+I(x).\begin{aligned}J(x)&=[e^t\cos t]_0^x+I(x)\\&=e^x\cos x-1+I(x).\end{aligned}

Remplacer et résoudre : le I(x)I(x) qui réapparaît est exactement la fonction définie au départ. Arrêtons d’intégrer et regroupons les termes qui la contiennent.

I(x)=exsin⁡x−{excos⁡x−1+I(x)},2I(x)=ex(sin⁡x−cos⁡x)+1,I(x)=ex(sin⁡x−cos⁡x)+12.\begin{aligned}I(x)&=e^x\sin x\\&\quad-\{e^x\cos x-1+I(x)\},\\2I(x)&=e^x(\sin x-\cos x)+1,\\I(x)&=\frac{e^x(\sin x-\cos x)+1}{2}.\end{aligned}

Vérifions la condition imposée par la borne fixe : la dernière expression donne I(0)=0I(0)=0. Puisque I′(x)=exsin⁡xI'(x)=e^x\sin x, la famille complète des primitives est

∫exsin⁡x dx=ex2(sin⁡x−cos⁡x)+C.\begin{gathered}\int e^x\sin x\,dx\\=\boxed{\frac{e^x}{2}(\sin x-\cos x)+C}.\end{gathered}

Le nombre fixe 1/21/2 est absorbé dans l’unique constante réelle arbitraire CC. N’ajoutez pas une nouvelle constante indépendante à chaque apparition de II ou de JJ pendant la résolution. On peut aussi effectuer un calcul de primitives à une constante additive près, puis rétablir une seule constante à la fin.

Vérification indépendante par dérivation : la règle du produit donne

F(x)=ex2(sin⁡x−cos⁡x),F′(x)=ex2(sin⁡x−cos⁡x)+ex2(cos⁡x+sin⁡x)=exsin⁡x.\begin{aligned}F(x)&=\frac{e^x}{2}(\sin x-\cos x),\\F^{\prime}(x)&=\frac{e^x}{2}(\sin x-\cos x)\\&\quad+\frac{e^x}{2}(\cos x+\sin x)\\&=e^x\sin x.\end{aligned}

Un retour peut aussi être inutile

Après le premier passage, choisir u=etu=e^t et dv=cos⁡t dtdv=\cos t\,dt dans JJ donnerait J=exsin⁡x−IJ=e^x\sin x-I. En remplaçant, on obtiendrait seulement I=II=I : le deuxième passage aurait défait le premier. Cette identité ne fournit aucune valeur. Continuez plutôt à dériver le facteur trigonométrique. Un retour utile donne une équation comme 2I=expression connue2I=\text{expression connue}, où le coefficient de II est non nul.

Démarche à montrer à l’examen : nommez l’intégrale recherchée; écrivez les deux choix de uu et de dvdv; conservez signes et facteurs constants devant l’intégrale suivante; remplacez l’intégrale qui réapparaît par son nom; résolvez l’équation; dérivez le résultat. Pour des intégrales définies, gardez les mêmes bornes dans toutes les intégrales et évaluez les deux extrémités de chaque terme entre crochets.

Trois questions progressives : répéter, reconnaître, puis réutiliser

Utilisez les indices dès que vous en avez besoin. L’exemple résolu fait réapparaître l’intégrale; la première question montre une autre raison de répéter la méthode.

1. Réduire deux fois un polynôme

Trouvez ∫x2ex dx\int x^2e^x\,dx. Expliquez pourquoi répéter l’intégration par parties est utile ici, puis vérifiez votre réponse par dérivation.

Indice

Dérivez chaque fois le polynôme : x2x^2 devient 2x2x, puis une constante. Intégrer exe^x conserve sa forme.

Réponse expliquée

Choisissez d’abord u=x2u=x^2, dv=ex dxdv=e^x\,dx. Intégrez ensuite par parties l’intégrale restante ∫xex dx\int xe^x\,dx, avec u=xu=x et dv=ex dxdv=e^x\,dx. En gardant les égalités intermédiaires à une constante additive près, on obtient

∫x2ex dx=x2ex−2∫xex dx=x2ex−2(xex−ex)+C=ex(x2−2x+2)+C.\begin{aligned}&\int x^2e^x\,dx\\&=x^2e^x-2\int xe^x\,dx\\&=x^2e^x-2(xe^x-e^x)+C\\&=e^x(x^2-2x+2)+C.\end{aligned}

Le degré du polynôme diminue; aucune équation avec l’intégrale de départ n’est nécessaire. La dérivée vaut ex(x2−2x+2)+ex(2x−2)=x2exe^x(x^2-2x+2)+e^x(2x-2)=x^2e^x. Cette vérification contrôle tous les coefficients.

2. Conserver un nouveau facteur exponentiel pendant le cycle

Trouvez ∫e2xcos⁡x dx\int e^{2x}\cos x\,dx. Ne recopiez pas le facteur 1/21/2 de la réponse de l’exemple. Montrez l’équation produite par deux intégrations par parties et vérifiez la primitive obtenue.

Indice

Utilisez P(x)=∫0xe2tcos⁡t dtP(x)=\int_0^x e^{2t}\cos t\,dt et Q(x)=∫0xe2tsin⁡t dtQ(x)=\int_0^x e^{2t}\sin t\,dt. Dérivez le cosinus ou le sinus et intégrez l’exponentielle. Chaque intégration de e2te^{2t} introduit un facteur 1/21/2.

Réponse expliquée

Avec les fonctions à borne fixe de l’indice, les deux passages donnent

P=e2xcos⁡x−12+12Q,Q=e2xsin⁡x2−12P.\begin{aligned}P&=\frac{e^{2x}\cos x-1}{2}+\frac12Q,\\Q&=\frac{e^{2x}\sin x}{2}-\frac12P.\end{aligned}

La borne inférieure contribue −1/2-1/2 à la première ligne et zéro à la deuxième. Remplaçons la deuxième équation dans la première :

P=e2xcos⁡x−12+e2xsin⁡x4−14P,54P=e2x(2cos⁡x+sin⁡x)−24,P(x)=e2x(2cos⁡x+sin⁡x)−25.\begin{aligned}P&=\frac{e^{2x}\cos x-1}{2}\\&\quad+\frac{e^{2x}\sin x}{4}-\frac14P,\\\frac54P&=\frac{e^{2x}(2\cos x+\sin x)-2}{4},\\P(x)&=\frac{e^{2x}(2\cos x+\sin x)-2}{5}.\end{aligned}

Cette expression vérifie P(0)=0P(0)=0. La famille demandée est donc

∫e2xcos⁡x dx=e2x5(2cos⁡x+sin⁡x)+C.\begin{gathered}\int e^{2x}\cos x\,dx\\=\frac{e^{2x}}5(2\cos x+\sin x)+C.\end{gathered}

Vérifions par dérivation :

F′(x)=e2x5{2(2cos⁡x+sin⁡x)−2sin⁡x+cos⁡x}=e2xcos⁡x.\begin{aligned}F'(x)&=\frac{e^{2x}}5\{2(2\cos x+\sin x)\\&\qquad\qquad-2\sin x+\cos x\}\\&=e^{2x}\cos x.\end{aligned}

Le dénominateur 5 vient de la résolution de l’équation. Ce n’est pas une formule d’intégration par parties à mémoriser.

3. Conserver les bornes dans un calcul d’intégrale définie

Calculez K=∫0π/2e−xsin⁡x dxK=\int_0^{\pi/2}e^{-x}\sin x\,dx en intégrant deux fois par parties directement avec ces bornes. Donnez une réponse exacte et vérifiez son signe.

Indice

Posez L=∫0π/2e−xcos⁡x dxL=\int_0^{\pi/2}e^{-x}\cos x\,dx. Une primitive de e−xe^{-x} est −e−x-e^{-x}. Dans le deuxième terme entre crochets, la valeur en zéro n’est pas nulle.

Réponse expliquée

Dérivez le facteur trigonométrique à chaque passage et conservez l’intervalle [0,π/2][0,\pi/2] :

K=[−e−xsin⁡x]0π/2+L=−e−π/2+L,L=[−e−xcos⁡x]0π/2−K=1−K.\begin{aligned}K&=[-e^{-x}\sin x]_0^{\pi/2}+L\\&=-e^{-\pi/2}+L,\\L&=[-e^{-x}\cos x]_0^{\pi/2}-K\\&=1-K.\end{aligned}

Le deuxième terme entre crochets vaut 0−(−1)=10-(-1)=1. Le remplacement donne 2K=1−e−π/22K=1-e^{-\pi/2}, d’où

K=1−e−π/22≈0,3961.\boxed{K=\frac{1-e^{-\pi/2}}2\approx0{,}3961.}

Pour une vérification indépendante, G(x)=−e−x(sin⁡x+cos⁡x)/2G(x)=-e^{-x}(\sin x+\cos x)/2 a pour dérivée e−xsin⁡xe^{-x}\sin x. La différence G(π/2)−G(0)G(\pi/2)-G(0) redonne la valeur exacte. De plus, l’intégrande est strictement positif à l’intérieur de l’intervalle et inférieur à sin⁡x\sin x; ainsi, 0<K<∫0π/2sin⁡x dx=10\lt K\lt\int_0^{\pi/2}\sin x\,dx=1. Aucune constante arbitraire ne s’ajoute à la réponse numérique finale.

Si un coefficient ou un signe a changé de façon inattendue, repérez la première ligne concernée et refaites ce passage avant de reprendre la question complète. Pour choisir parmi plusieurs méthodes, revenez aux exercices mixtes ci-dessous.

6. Décomposer en fractions partielles

La décomposition en fractions partielles, aussi appelée décomposition en éléments simples, réécrit une fonction rationnelle, c’est-à-dire un quotient de polynômes. Elle défait une mise au même dénominateur pour faire apparaître des termes dont on connaît les primitives. Avant de décomposer, effectuez la division polynomiale si le degré du numérateur est supérieur ou égal à celui du dénominateur. Vérifiez aussi si une simplification de facteurs ou une substitution directe suffit.

Exemple résolu : deux facteurs linéaires distincts

La fraction suivante est propre : le degré de son numérateur est inférieur à celui de son dénominateur. Le dénominateur contient deux facteurs linéaires distincts. On essaie donc un numérateur constant au-dessus de chacun. Appelons AA et BB les coefficients réels inconnus :

3x+5(x+1)(x+2)=Ax+1+Bx+2.\begin{aligned}&\frac{3x+5}{(x+1)(x+2)}\\&=\frac{A}{x+1}+\frac{B}{x+2}.\end{aligned}

Mettre le membre de droite au même dénominateur donne le numérateur A(x+2)+B(x+1)A(x+2)+B(x+1). Pour que les expressions soient égales partout où elles sont définies, leurs numérateurs polynomiaux doivent être identiques :

3x+5=(A+B)x+(2A+B).\begin{aligned}3x+5&=(A+B)x\\&\quad+(2A+B).\end{aligned}

Ainsi, A+B=3A+B=3 et 2A+B=52A+B=5, d’où A=2A=2 et B=1B=1. On intègre maintenant la somme équivalente :

∫3x+5(x+1)(x+2) dx=2ln⁡∣x+1∣+ln⁡∣x+2∣+C.\begin{aligned}&\int\frac{3x+5}{(x+1)(x+2)}\,dx\\&=2\ln|x+1|\\&\quad+\ln|x+2|+C.\end{aligned}

Pour vérifier, dérivez puis remettez les fractions au même dénominateur. Les expressions entre les barres de valeur absolue peuvent être négatives alors que la fonction rationnelle initiale reste définie. La valeur absolue rend l’argument de chaque logarithme positif, comme l’exige le logarithme réel. On conserve les exclusions x≠−2x\ne-2 et x≠−1x\ne-1.

Le dénominateur seul ne détermine pas la méthode

Dans ∫(2x+3)/(x2+3x+2) dx\int(2x+3)/(x^2+3x+2)\,dx, le numérateur est exactement la dérivée du dénominateur. La substitution donne directement ln⁡∣x2+3x+2∣+C\ln|x^2+3x+2|+C. Les fractions partielles fonctionnent aussi et donnent ln⁡∣x+1∣+ln⁡∣x+2∣+C\ln|x+1|+\ln|x+2|+C. Ces expressions coïncident partout où le dénominateur est non nul.

Le numérateur de l’exemple résolu, 3x+53x+5, n’est pas un multiple constant de 2x+32x+3. Une substitution directe ne règle donc pas tout le calcul. On peut isoler une partie proportionnelle à la dérivée du dénominateur, mais il reste une autre partie à intégrer.

Reconnaître les autres formes

Dans les formes suivantes, AA, BB et DD sont des coefficients réels inconnus à déterminer en identifiant les numérateurs. On utilise DD pour éviter de confondre un coefficient avec la constante d’intégration CC. Pour un facteur répété, il faut prévoir toutes les puissances jusqu’à celle qui apparaît au dénominateur. Après la division éventuelle, un dénominateur x(x+1)2x(x+1)^2 conduit à la forme :

Ax+Bx+1+D(x+1)2.\frac{A}{x}+\frac{B}{x+1}+\frac{D}{(x+1)^2}.

Un polynôme quadratique irréductible ne se factorise pas en facteurs linéaires réels. Un tel facteur, par exemple x2+1x^2+1, demande un numérateur de degré au plus un : (Ax+B)/(x2+1)(Ax+B)/(x^2+1). Il peut mener à des logarithmes et à des arctangentes. Un dénominateur qui ne se décompose pas en facteurs linéaires réels ne marque donc pas la fin de la méthode.

Par exemple, séparer les deux termes du numérateur fait apparaître deux formes connues :

∫2x+3x2+1 dx=ln⁡(x2+1)+3arctan⁡x+C.\begin{aligned}&\int\frac{2x+3}{x^2+1}\,dx\\&=\ln(x^2+1)\\&\quad+3\arctan x+C.\end{aligned}

7. Combiner les méthodes et vérifier le domaine

Plusieurs méthodes peuvent se succéder. Dans ∫x3ex2 dx\int x^3e^{x^2}\,dx, écrivons x3 dx=x2(x dx)x^3\,dx=x^2(x\,dx). On pose u=x2u=x^2, puis on intègre ueuue^u par parties :

∫x3ex2 dx=12∫ueu du=12(u−1)eu+C=12(x2−1)ex2+C.\begin{aligned}&\int x^3e^{x^2}\,dx\\&=\frac12\int ue^u\,du\\&=\frac12(u-1)e^u+C\\&=\frac12(x^2-1)e^{x^2}+C.\end{aligned}

Après une substitution, posez-vous de nouveau la question : quelle est la structure de la nouvelle intégrale?

Une primitive se considère sur un intervalle

Dans l’exemple de fractions partielles, l’intégrande n’est défini ni en −2-2 ni en −1-1. La formule de la primitive est valable sur chacun des trois intervalles séparés par ces points. Les constantes choisies sur des intervalles différents ne sont pas forcément égales.

La primitive 2 ln|x+1| + ln|x+2| + C a trois branches séparées par les valeurs exclues −2 et −1. Les constantes peuvent différer d’un intervalle à l’autre.
Figure 3. La courbe pleine utilise C=0C=0. Les branches en pointillés ajoutent 2 sur l’intervalle de gauche, soustraient 1 au centre et ajoutent 1 à droite. Les deux courbes ont la dérivée recherchée partout où elles sont définies. Aucune branche ne traverse un point exclu.

N’appliquez pas directement la différence des valeurs aux bornes en traversant une singularité sans vérifier les intégrales impropres correspondantes. Par exemple, ∫−111/x dx\int_{-1}^{1}1/x\,dx diverge au sens usuel des intégrales impropres. Substituer les bornes dans ln⁡∣x∣\ln|x| pour annoncer zéro est incorrect.

Quand reconsidérer une méthode et comment vérifier

Dérivez la réponse proposée et simplifiez jusqu’à retrouver l’intégrande initial. Vérifiez les signes, les facteurs constants et l’intervalle sur lequel les deux expressions sont valables. Un test numérique ponctuel peut révéler une erreur, mais il ne prouve ni une identité ni la convergence d’une intégrale.

Si votre essai laisse une intégrale plus difficile, réexaminez le choix. Des identités trigonométriques, une substitution trigonométrique, plusieurs intégrations par parties ou d’autres outils peuvent être appropriés. Certaines fonctions continues, dont ex2e^{x^2}, possèdent des primitives qui ne s’expriment pas à l’aide des fonctions élémentaires : combinaisons finies des fonctions algébriques, exponentielles, logarithmiques, trigonométriques et trigonométriques réciproques usuelles. On peut tout de même approcher numériquement leurs intégrales définies sur des intervalles finis. L’échec d’une méthode ne prouve pas l’absence de primitive élémentaire.

Lorsqu’il reste un radical quadratique, comparez ci-dessous les substitutions par le sinus, la tangente et la sécante. Choisissez l’identité et l’intervalle angulaire, puis vérifiez le signe avant de calculer.

8. Substitution trigonométrique : choisir selon le radical et son signe

Une substitution trigonométrique peut transformer un radical quadratique en une expression trigonométrique connue. Vérifiez d’abord si un changement de variable ordinaire suffit : la présence de x dxx\,dx peut rendre le choix u=x2+a2u=x^2+a^2 efficace. Sinon, comparez les trois formes ci-dessous. Soit a>0a>0 une constante fixée; le nouvel angle θ\theta est mesuré en radians. Ici, sec⁡θ=1/cos⁡θ\sec\theta=1/\cos\theta.

Trois radicaux, trois identités

Le carré d’une constante moins celui de la variable : pour a2−x2\sqrt{a^2-x^2}, choisissez le sinus, car 1−sin⁡2θ=cos⁡2θ1-\sin^2\theta=\cos^2\theta.

x=asin⁡θ,dx=acos⁡θ dθ,−π2≤θ≤π2,a2−x2=a∣cos⁡θ∣=acos⁡θ.\begin{gathered}x=a\sin\theta,\\dx=a\cos\theta\,d\theta,\\-\frac\pi2\le\theta\le\frac\pi2,\\\sqrt{a^2-x^2}=a|\cos\theta|\\=a\cos\theta.\end{gathered}

Cet intervalle couvre −a≤x≤a-a\le x\le a et donne cos⁡θ≥0\cos\theta\ge0. Si le radical est au dénominateur, excluez x=±ax=\pm a et utilisez l’intervalle angulaire ouvert. Pour un exemple complet avec retour à xx, consultez la question 6(b) : substitution par le sinus pour une différence de carrés.

Une somme de carrés : pour a2+x2\sqrt{a^2+x^2}, choisissez la tangente, car 1+tan⁡2θ=sec⁡2θ1+\tan^2\theta=\sec^2\theta.

x=atan⁡θ,dx=asec⁡2θ dθ,−π2<θ<π2,a2+x2=a∣sec⁡θ∣=asec⁡θ.\begin{gathered}x=a\tan\theta,\\dx=a\sec^2\theta\,d\theta,\\-\frac\pi2<\theta<\frac\pi2,\\\sqrt{a^2+x^2}=a|\sec\theta|\\=a\sec\theta.\end{gathered}

Cet intervalle couvre tous les réels xx et donne sec⁡θ>0\sec\theta>0, même lorsque x<0x<0. Consultez la solution 6 : substitution par la tangente avec changement des bornes pour un exemple complet d’intégrale définie. Ces exemples liés sont des exercices originaux présentés dans le contexte de MATH 205 à Concordia; ils peuvent servir d’exercices thématiques dans d’autres cours, sans constituer des évaluations officielles.

Le carré de la variable moins celui d’une constante : pour x2−a2\sqrt{x^2-a^2}, choisissez la sécante, car sec⁡2θ−1=tan⁡2θ\sec^2\theta-1=\tan^2\theta. Commençons par la branche x>ax>a :

x=asec⁡θ,dx=asec⁡θtan⁡θ dθ,0<θ<π2,x2−a2=a∣tan⁡θ∣=atan⁡θ.\begin{gathered}x=a\sec\theta,\\dx=a\sec\theta\tan\theta\,d\theta,\\0<\theta<\frac\pi2,\\\sqrt{x^2-a^2}=a|\tan\theta|\\=a\tan\theta.\end{gathered}

Ici, sec⁡θ\sec\theta et tan⁡θ\tan\theta sont positives. Le radical est aussi réel pour x≤−ax\le-a, mais cette branche exige un autre choix d’angle et de signe. La règle générale est z2=∣z∣\sqrt{z^2}=|z| pour tout réel zz; c’est l’intervalle choisi pour l’angle qui permet d’enlever la valeur absolue. En x=±ax=\pm a, vérifiez l’intégrande initial avant d’inclure une extrémité.

Exemple résolu : la sécante sur la branche positive

Trouvez la primitive suivante pour x>a>0x>a>0 :

I=∫x2−a2x dx.I=\int\frac{\sqrt{x^2-a^2}}{x}\,dx.

Avec x=asec⁡θx=a\sec\theta sur 0<θ<π/20<\theta<\pi/2, remplacez ensemble le radical, le dénominateur et la différentielle :

I=∫atan⁡θasec⁡θ⋅asec⁡θtan⁡θ dθ=a∫tan⁡2θ dθ=a∫(sec⁡2θ−1) dθ=atan⁡θ−aθ+C.\begin{aligned}I&=\int\frac{a\tan\theta}{a\sec\theta}\\&\qquad\cdot a\sec\theta\tan\theta\,d\theta\\&=a\int\tan^2\theta\,d\theta\\&=a\int(\sec^2\theta-1)\,d\theta\\&=a\tan\theta-a\theta+C.\end{aligned}

Revenez entièrement à xx. La substitution donne cos⁡θ=a/x\cos\theta=a/x et tan⁡θ=x2−a2/a\tan\theta=\sqrt{x^2-a^2}/a. La fonction réciproque du cosinus, arccos⁡\arccos, prend ses valeurs dans [0,π][0,\pi]; ici, elle donne un angle dans (0,π/2)(0,\pi/2). Ainsi,

I=x2−a2−aarccos⁡(a/x)+C,x>a.\begin{aligned}I&=\sqrt{x^2-a^2}\\&\quad-a\arccos(a/x)+C,\\&\qquad x>a.\end{aligned}

Vérifiez par dérivation : posons r=x2−a2>0r=\sqrt{x^2-a^2}>0. Sur cette branche positive, 1−a2/x2=r/x\sqrt{1-a^2/x^2}=r/x; la dérivée vaut donc

xr−a2xr=x2−a2xr=rx.\begin{aligned}\frac{x}{r}-\frac{a^2}{xr}&=\frac{x^2-a^2}{xr}\\&=\frac r x.\end{aligned}

On retrouve l’intégrande initial. La condition sur la branche intervient dans la substitution comme dans la vérification par dérivation.

Repérer l’erreur de signe sur la branche négative

Pour x<−ax<-a, on peut encore choisir x=asec⁡θx=a\sec\theta, cette fois avec π/2<θ<π\pi/2<\theta<\pi. Sur cet intervalle, sec⁡θ<0\sec\theta<0 et tan⁡θ<0\tan\theta<0, donc

x2−a2=a∣tan⁡θ∣=−atan⁡θ.\begin{aligned}\sqrt{x^2-a^2}&=a|\tan\theta|\\&=-a\tan\theta.\end{aligned}

Par exemple, θ=2π/3\theta=2\pi/3 donne x=−2ax=-2a et tan⁡θ=−3\tan\theta=-\sqrt3. La racine carrée vaut a3>0a\sqrt3>0, alors que atan⁡θa\tan\theta est négatif. Réutiliser la simplification de la branche positive inverserait le signe. Travaillez séparément sur chaque intervalle connexe; la constante d’intégration d’une branche ne détermine pas celle de l’autre.

Trois vérifications progressives

Utilisez ces questions pour vous exercer; ouvrez une réponse quand cela vous aide. Écrivez la substitution, l’intervalle angulaire et la différentielle avant de simplifier les facteurs.

1. Reconnaître et préparer

Pour 25+x2\sqrt{25+x^2}, où xx est réel, choisissez une substitution. Donnez dxdx, un intervalle angulaire et le radical simplifié en justifiant son signe.

Vérifier la mise en place

Prenez x=5tan⁡θx=5\tan\theta avec −π/2<θ<π/2-\pi/2<\theta<\pi/2. Alors dx=5sec⁡2θ dθdx=5\sec^2\theta\,d\theta et 25+x2=5sec⁡θ\sqrt{25+x^2}=5\sec\theta, puisque sec⁡θ>0\sec\theta>0 sur cet intervalle. L’identité utilisée est 1+tan⁡2θ=sec⁡2θ1+\tan^2\theta=\sec^2\theta.

2. Réutiliser la méthode dans une nouvelle intégrale

Pour x>3x>3, calculez l’intégrale ci-dessous. Expliquez pourquoi le signe de la racine et la fonction trigonométrique réciproque choisie conviennent à cet intervalle.

∫dxxx2−9.\int\frac{dx}{x\sqrt{x^2-9}}.

Vérifier le calcul

Choisissez x=3sec⁡θx=3\sec\theta, avec 0<θ<π/20<\theta<\pi/2. Alors dx=3sec⁡θtan⁡θ dθdx=3\sec\theta\tan\theta\,d\theta et x2−9=3tan⁡θ>0\sqrt{x^2-9}=3\tan\theta>0. Après simplification,

∫dxxx2−9=13∫dθ=13arccos⁡(3/x)+C.\begin{aligned}&\int\frac{dx}{x\sqrt{x^2-9}}\\&=\frac13\int d\theta\\&=\frac13\arccos(3/x)+C.\end{aligned}

Comme x>3x>3, l’angle arccos⁡(3/x)\arccos(3/x) appartient à (0,π/2)(0,\pi/2). La dérivation donne 1/(xx2−9)1/(x\sqrt{x^2-9}), en utilisant 1−9/x2=x2−9/x\sqrt{1-9/x^2}=\sqrt{x^2-9}/x.

3. Analyser une branche moins familière

Pour x<−2x<-2, une personne pose x=2sec⁡θx=2\sec\theta, avec π/2<θ<π\pi/2<\theta<\pi, puis écrit x2−4=2tan⁡θ\sqrt{x^2-4}=2\tan\theta. Corrigez le signe et déterminez si l’expression différentielle ci-dessous devient +12dθ+\tfrac12d\theta ou −12dθ-\tfrac12d\theta :

dxxx2−4.\frac{dx}{x\sqrt{x^2-4}}.

Vérifier le diagnostic

Ici, tan⁡θ<0\tan\theta<0, donc x2−4=−2tan⁡θ>0\sqrt{x^2-4}=-2\tan\theta>0. Avec dx=2sec⁡θtan⁡θ dθdx=2\sec\theta\tan\theta\,d\theta,

dxxx2−4=2sec⁡θtan⁡θ−4sec⁡θtan⁡θ dθ=−12 dθ.\begin{aligned}&\frac{dx}{x\sqrt{x^2-4}}\\&=\frac{2\sec\theta\tan\theta}{-4\sec\theta\tan\theta}\,d\theta\\&=-\frac12\,d\theta.\end{aligned}

De plus, dx/dθ>0dx/d\theta>0, tandis que l’intégrande initial est négatif pour x<−2x<-2, ce qui confirme le signe moins. Le mauvais signe de la racine donnerait le résultat opposé.

Si un signe ou une substitution vous semble incertain, un tuteur peut comparer les trois identités avec vous, choisir un intervalle angulaire et vous aider à vérifier chaque facteur avant un nouvel exemple. Vous pouvez partir des bases. Les séances de tutorat sont actuellement offertes en anglais.

9. S’exercer à choisir avant de calculer

Pour chaque exercice, justifiez votre première étape en une phrase. Vérifiez une primitive en la dérivant; pour une intégrale définie, contrôlez les bornes transformées et le calcul aux bornes. Ajoutez +C+C seulement aux intégrales indéfinies et précisez les restrictions.

Niveau 1 : une première étape suggérée

1. Faire correspondre une dérivée. Choisissez u=x2+3u=x^2+3. Quel facteur constant compense la différence entre dudu et le numérateur accompagné de dxdx?

∫4xx2+3 dx\int\frac{4x}{x^2+3}\,dx

2. Réduire un facteur. Essayez u=xu=x. Trouvez soigneusement vv avant d’appliquer l’intégration par parties.

∫xcos⁡(2x) dx\int x\cos(2x)\,dx

Niveau 2 : moins d’indices

3. Comparer les indices. Expliquez pourquoi ces deux quotients suggèrent des primitives usuelles différentes.

(a)∫xx2+4 dx(b)∫1x2+4 dx\begin{aligned}\text{(a)}&\quad\int\frac{x}{x^2+4}\,dx\\\text{(b)}&\quad\int\frac1{x^2+4}\,dx\end{aligned}

4. Éviter le travail inutile. Simplifiez avant de choisir une technique particulière.

∫x2+3x+2x+1 dx\int\frac{x^2+3x+2}{x+1}\,dx

5. Décomposer et justifier. Trouvez les deux coefficients et indiquez les intervalles permis.

∫2x+7(x+2)(x+3) dx\int\frac{2x+7}{(x+2)(x+3)}\,dx

Niveau 3 : choisir sans indication

6. Choisir et justifier une démarche. Expliquez en quoi chaque étape aide.

∫x3cos⁡(x2) dx\int x^3\cos(x^2)\,dx

7. Garder des bornes cohérentes. Calculez l’intégrale et expliquez votre première étape.

∫012x(x2+1)2 dx\int_0^1\frac{2x}{(x^2+1)^2}\,dx

8. Analyser une réponse fausse. Une personne affirme que ∫ex2 dx=ex2/(2x)+C\int e^{x^2}\,dx=e^{x^2}/(2x)+C pour x≠0x\ne0. Dérivez la primitive proposée. Expliquez pourquoi « diviser par la dérivée intérieure » échoue ici.

10. Solutions expliquées

Solution 1 : ajuster le facteur constant

Avec u=x2+3u=x^2+3, on a du=2x dxdu=2x\,dx. Le numérateur accompagné de dxdx fournit donc 4x dx=2 du4x\,dx=2\,du :

2∫duu=2ln⁡(x2+3)+C.2\int\frac{du}{u}=2\ln(x^2+3)+C.

Les barres de valeur absolue sont inutiles ici, car x2+3>0x^2+3>0 pour tout réel xx. Pour vérifier, dérivez : 2(2x)/(x2+3)=4x/(x2+3)2(2x)/(x^2+3)=4x/(x^2+3).

Solution 2 : intégrer par parties

Choisissons u=xu=x, du=dxdu=dx, dv=cos⁡(2x) dxdv=\cos(2x)\,dx et v=sin⁡(2x)/2v=\sin(2x)/2. La dérivation réduit le facteur xx et l’intégrale restante est une intégrale de sinus :

∫xcos⁡(2x) dx=xsin⁡(2x)2−12∫sin⁡(2x) dx=xsin⁡(2x)2+cos⁡(2x)4+C.\begin{aligned}&\int x\cos(2x)\,dx\\&=\frac{x\sin(2x)}2\\&\quad-\frac12\int\sin(2x)\,dx\\&=\frac{x\sin(2x)}2\\&\quad+\frac{\cos(2x)}4+C.\end{aligned}

Le signe plus vient de la soustraction d’une intégrale dont la primitive contient déjà un signe moins. La réponse est valable pour tout réel xx.

Solution 3 : distinguer logarithme et arctangente

En (a), u=x2+4u=x^2+4 donne du=2x dxdu=2x\,dx. La réponse est donc 12ln⁡(x2+4)+C\frac12\ln(x^2+4)+C. En (b), on reconnaît la forme usuelle de l’arctangente. On peut aussi poser t=x/2t=x/2, donc x=2tx=2t et dx=2 dtdx=2\,dt :

∫dxx2+4=12∫dtt2+1=12arctan⁡(x/2)+C.\begin{aligned}&\int\frac{dx}{x^2+4}\\&=\frac12\int\frac{dt}{t^2+1}\\&=\frac12\arctan(x/2)+C.\end{aligned}

Les deux réponses sont définies pour tout réel xx. Le dénominateur commun ne rend pas les numérateurs interchangeables.

Solution 4 : simplifier en conservant l’exclusion

La factorisation donne (x+1)(x+2)/(x+1)=x+2(x+1)(x+2)/(x+1)=x+2, mais seulement pour x≠−1x\ne-1. On intègre donc le polynôme :

∫(x+2) dx=x22+2x+C.\begin{aligned}&\int(x+2)\,dx\\&=\frac{x^2}{2}+2x+C.\end{aligned}

Cette réponse s’utilise sur l’un ou l’autre des intervalles qui évitent −1-1, avec une constante indépendante sur chaque intervalle si nécessaire. La simplification raccourcit la formule sans rétablir le point exclu du domaine initial.

Solution 5 : déterminer les coefficients et les intervalles

Écrivons A/(x+2)+B/(x+3)A/(x+2)+B/(x+3). L’identification des numérateurs donne A+B=2A+B=2 et 3A+2B=73A+2B=7. Ainsi, A=3A=3 et B=−1B=-1, puis :

3ln⁡∣x+2∣−ln⁡∣x+3∣+C.3\ln|x+2|-\ln|x+3|+C.

La primitive s’utilise sur (−∞,−3)(-\infty,-3), (−3,−2)(-3,-2) ou (−2,∞)(-2,\infty), avec une constante indépendante sur chaque intervalle si nécessaire. La dérivée se remet au même dénominateur :

3x+2−1x+3=3(x+3)−(x+2)(x+2)(x+3)=2x+7(x+2)(x+3).\begin{aligned}&\frac{3}{x+2}-\frac{1}{x+3}\\&=\frac{3(x+3)-(x+2)}{(x+2)(x+3)}\\&=\frac{2x+7}{(x+2)(x+3)}.\end{aligned}

Solution 6 : substituer, puis intégrer par parties

Posons u=x2u=x^2, donc x3 dx=12u dux^3\,dx=\frac12u\,du. On intègre ensuite ucos⁡uu\cos u par parties : on dérive le facteur uu et on prend sin⁡u\sin u comme primitive de cos⁡u\cos u.

12∫ucos⁡u du=12(usin⁡u+cos⁡u)+C=12x2sin⁡(x2)+12cos⁡(x2)+C.\begin{aligned}&\frac12\int u\cos u\,du\\&=\frac12(u\sin u+\cos u)+C\\&=\frac12x^2\sin(x^2)\\&\quad+\frac12\cos(x^2)+C.\end{aligned}

En dérivant, les termes supplémentaires xsin⁡(x2)x\sin(x^2) s’annulent. Il reste l’intégrande initial. La réponse est valable pour tout réel xx.

Solution 7 : transformer les deux bornes

Avec u=x2+1u=x^2+1, on a du=2x dxdu=2x\,dx; les bornes deviennent 11 et 22. Une primitive de u−2u^{-2} est −1/u-1/u :

∫12u−2 du=−12−(−1)=12.\begin{aligned}&\int_1^2u^{-2}\,du\\&=-\frac12-(-1)\\&=\frac12.\end{aligned}

Il s’agit d’une valeur numérique, donc on n’ajoute pas de constante CC.

Solution 8 : repérer le terme oublié

Pour x≠0x\ne0, la dérivée de la réponse proposée est :

ddx(ex22x)=ex2−ex22x2,x≠0.\begin{aligned}&\frac{d}{dx}\left(\frac{e^{x^2}}{2x}\right)\\&=e^{x^2}-\frac{e^{x^2}}{2x^2},\\&x\ne0.\end{aligned}

Le terme supplémentaire prouve que la réponse est fausse. Diviser par une dérivée qui dépend de la variable introduit un facteur dont la dérivée doit aussi être prise en compte. Une dérivée intérieure constante, comme dans e2xe^{2x}, se comporte autrement.

Réutiliser ce raisonnement dans la prochaine intégrale

Avant de calculer, demandez-vous ce que votre première étape accomplit. La substitution devrait réorganiser une composition; l’intégration par parties devrait laisser une intégrale plus facile à traiter; les fractions partielles devraient faire apparaître des termes rationnels plus simples. Une simplification peut rendre ces techniques inutiles.

Ensuite, expliquez pourquoi la méthode a aidé et vérifiez la réponse par dérivation. Cette habitude s’applique à de nouveaux problèmes plus facilement que le simple souvenir de la formule utilisée dans un exemple.

Pour approfondir

Les explications et les figures de cette leçon sont originales. Pour les résultats usuels, d’autres exemples et des exercices supplémentaires, consultez Calculus Volume 2, de Gilbert Strang et Edwin Herman, publié par OpenStax. Les sections suivantes sont en anglais :

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