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Terminale › Calcul intégral › Mener une intégration par parties

Mener une intégration par parties : méthode (Terminale spé)

Méthode

Mener une intégration par parties

On l'utilise pour un produit dont on ne reconnaît pas de primitive directe, typiquement polynôme $\times$ exponentielle, polynôme $\times$ cosinus ou sinus, polynôme $\times$ logarithme.

  1. Choisir $u$ (à dériver) et $v'$ (à primitiver) : on dérive la partie qui se simplifie en la dérivant (le polynôme, ou $\ln x$) et on primitive celle dont la primitive est simple ($e^x$, $\cos x$, $\sin x$).
  2. Écrire clairement les quatre fonctions : $u(x)=\dots$, $u'(x)=\dots$, $v'(x)=\dots$, $v(x)=\dots$, et préciser qu'elles sont dérivables à dérivées continues.
  3. Appliquer la formule sans oublier le signe moins devant la seconde intégrale.
  4. Calculer le crochet et la nouvelle intégrale, qui doit être plus simple que l'initiale. Si elle est plus compliquée, le choix de $u$ et $v'$ est à inverser.
Exemple

Polynôme fois exponentielle

Calculer $I=\int_0^1x\,e^x\,\mathrm{d}x$.

On pose $u(x)=x$, $v'(x)=e^x$, donc $u'(x)=1$, $v(x)=e^x$. Ces fonctions sont dérivables à dérivées continues sur $[0\,;\,1]$. $$I=\big[x\,e^x\big]_0^1-\int_0^1e^x\,\mathrm{d}x=(e-0)-\big[e^x\big]_0^1=e-(e-1)=1.$$

Exemple

Polynôme fois sinus

Calculer $J=\int_0^{\pi}x\sin x\,\mathrm{d}x$.

On pose $u(x)=x$, $v'(x)=\sin x$, donc $u'(x)=1$, $v(x)=-\cos x$. $$J=\big[-x\cos x\big]_0^{\pi}-\int_0^{\pi}(-\cos x)\,\mathrm{d}x=\big(-\pi\cos\pi-0\big)+\big[\sin x\big]_0^{\pi}=\pi+0=\pi.$$

Exemple

Logarithme : faire apparaître le facteur 1

Calculer $K=\int_1^e\ln x\,\mathrm{d}x$.

On écrit $\ln x=1\times\ln x$ et on pose $u(x)=\ln x$, $v'(x)=1$, donc $u'(x)=\dfrac1x$, $v(x)=x$, sur $[1\,;\,e]$. $$K=\big[x\ln x\big]_1^e-\int_1^e\frac1x\times x\,\mathrm{d}x=(e\ln e-1\times\ln1)-\int_1^e1\,\mathrm{d}x=e-(e-1)=1.$$ Au passage, la fonction $x\mapsto x\ln x-x$ est une primitive de $\ln$ sur $]0\,;\,+\infty[$, ce qui se vérifie en dérivant : $\ln x+1-1=\ln x$.

Remarque

Deux intégrations par parties successives

Pour $x^2e^x$, une première intégration par parties (avec $u(x)=x^2$) ramène à $\int x\,e^x$, qu'une seconde intégration par parties permet de calculer. Par exemple $$\int_0^1x^2e^x\,\mathrm{d}x=\big[x^2e^x\big]_0^1-2\int_0^1x\,e^x\,\mathrm{d}x=e-2\times1=e-2.$$

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Dans le cours

Calcul intégral : Mener une intégration par parties