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Propriétés des intégrales et intégrales usuelles

Conditions d’utilisation​

Les identités d’intégrales définies supposent l’intégrabilité sur tous les intervalles concernés. Les inégalités supposent a≤ba\le b. Inverser les bornes change le signe : ∫baf=−∫abf\int_b^a f=-\int_a^b f. Un point cc extérieur à [a,b][a,b] exige aussi l’intégrabilité sur les intervalles supplémentaires.

Les primitives s’utilisent sur des intervalles du domaine réel, sans traverser de singularité. Dans les formules suivantes :

  • a≠0a\ne0 pour l’exponentielle et le dénominateur linéaire ; si a=0a=0, intégrer séparément la constante obtenue, sauf si le dénominateur est nul.
  • ax>0ax>0 pour ln⁡(ax)\ln(ax) ; x≠0x\ne0 pour ln⁡∣x∣\ln|x| ; ax+b≠0ax+b\ne0 pour la formule rationnelle.
  • Prendre a>0a>0 pour les formules trigonométriques et hyperboliques inverses, et ∣u∣<a|u|<a pour l’intégrande de l’arcsinus. sin⁡−1\sin^{-1} désigne l’arcsinus, non l’inverse multiplicatif du sinus.
  • Pour une puissance réelle quelconque, prendre x>0x>0 et n≠−1n\ne-1 ; les puissances entières peuvent admettre les entrées négatives, en excluant zéro pour les exposants négatifs.
  • Sécante et tangente exigent cos⁡u≠0\cos u\ne0 ; cosécante et cotangente exigent sin⁡u≠0\sin u\ne0.

Vérifier une formule par dérivation : sur ax>0ax>0, (xln⁡(ax)−x)′=ln⁡(ax)+1−1=ln⁡(ax)(x\ln(ax)-x)'=\ln(ax)+1-1=\ln(ax). La linéarité ne s’étend pas aux produits : ∫01x2 dx=1/3\int_0^1x^2\,dx=1/3, tandis que (∫01x dx)2=1/4(\int_0^1x\,dx)^2=1/4.

Linéarité de l'intégration​

  • Additivité : ∫ab[f(x)+g(x)] dx=∫abf(x) dx+∫abg(x) dx\int_{a}^{b} [f(x) + g(x)] \, dx = \int_{a}^{b} f(x) \, dx + \int_{a}^{b} g(x) \, dx
  • Multiplication par un scalaire : ∫abcf(x) dx=c∫abf(x) dxouˋ c est une constante\int_{a}^{b} cf(x) \, dx = c \int_{a}^{b} f(x) \, dx \quad \text{où } c \text{ est une constante}

Intégrales sur des intervalles adjacents​

  • Combinaison d'intervalles : ∫abf(x) dx=∫acf(x) dx+∫cbf(x) dxpour tout c\int_{a}^{b} f(x) \, dx = \int_{a}^{c} f(x) \, dx + \int_{c}^{b} f(x) \, dx \quad \text{pour tout } c
  • Intégrale nulle : ∫aaf(x) dx=0\int_{a}^{a} f(x) \, dx = 0

Constantes dans les intégrales​

  • Fonction constante : ∫abc dx=c(b−a)ouˋ c est une constante\int_{a}^{b} c \, dx = c(b - a) \quad \text{où } c \text{ est une constante}

Propriétés d'inégalité​

  • Conservation de l'ordre : Si f(x)≥g(x)f(x) \geq g(x) sur [a,b][a, b] : ∫abf(x) dx≥∫abg(x) dx\int_{a}^{b} f(x) \, dx \geq \int_{a}^{b} g(x) \, dx
  • Non-négativité : Si f(x)≥0f(x) \geq 0 sur [a,b][a, b] : ∫abf(x) dx≥0\int_{a}^{b} f(x) \, dx \geq 0
  • Encadrement de l'intégrale : Si m≤f(x)≤Mm \leq f(x) \leq M sur [a,b][a, b] : m(b−a)≤∫abf(x) dx≤M(b−a)m(b - a) \leq \int_{a}^{b} f(x) \, dx \leq M(b - a)

Inégalité de la valeur absolue​

  • Valeur absolue d'une intégrale : ∣∫abf(x) dx∣≤∫ab∣f(x)∣ dx\left| \int_{a}^{b} f(x) \, dx \right| \leq \int_{a}^{b} |f(x)| \, dx

Intégrales usuelles​

Fonctions puissances et exponentielles de base​

  • Fonction constante : ∫k dx=kx+c\int k \, dx = kx + c
  • Fonction puissance (n ≠ -1) : ∫xn dx=1n+1xn+1+c\int x^n \, dx = \frac{1}{n+1}x^{n+1} + c
  • Fonction exponentielle : ∫eax dx=1aeax+c\int e^{ax} \, dx = \frac{1}{a}e^{ax} + c

Fonctions logarithmiques et inverses​

  • Fonction inverse : ∫1x dx=ln⁡∣x∣+c\int \frac{1}{x} \, dx = \ln|x| + c
  • Fonction logarithmique : ∫ln⁡(ax) dx=xln⁡(ax)−x+c\int \ln(ax) \, dx = x \ln(ax) - x + c

Fonctions trigonométriques​

  • Cosinus : ∫cos⁡(u) du=sin⁡(u)+c\int \cos(u) \, du = \sin(u) + c
  • Sinus : ∫sin⁡(u) du=−cos⁡(u)+c\int \sin(u) \, du = -\cos(u) + c
  • Sécante carrée : ∫sec⁡2(u) du=tan⁡(u)+c\int \sec^2(u) \, du = \tan(u) + c

Fonctions trigonométriques inverses​

  • Arc sinus (sinus inverse) : ∫1a2−u2 du=sin⁡−1(ua)+c\int \frac{1}{\sqrt{a^2 - u^2}} \, du = \sin^{-1}\left(\frac{u}{a}\right) + c
  • Arc tangente (tangente inverse) : ∫1a2+u2 du=1atan⁡−1(ua)+c\int \frac{1}{a^2 + u^2} \, du = \frac{1}{a}\tan^{-1}\left(\frac{u}{a}\right) + c

Identités trigonométriques faisant intervenir des inverses​

  • Sécante : ∫sec⁡(u) du=ln⁡∣sec⁡(u)+tan⁡(u)∣+c\int \sec(u) \, du = \ln|\sec(u) + \tan(u)| + c
  • Cosécante : ∫csc⁡(u) du=−ln⁡∣csc⁡(u)+cot⁡(u)∣+c\int \csc(u) \, du = -\ln|\csc(u) + \cot(u)| + c
  • Cosécante carrée : ∫csc⁡2(u) du=−cot⁡(u)+c\int \csc^2(u) \, du = -\cot(u) + c

Fonctions hyperboliques​

  • Sinus hyperbolique (sinh) : ∫sinh⁡(u) du=cosh⁡(u)+c\int \sinh(u) \, du = \cosh(u) + c
  • Cosinus hyperbolique (cosh) : ∫cosh⁡(u) du=sinh⁡(u)+c\int \cosh(u) \, du = \sinh(u) + c

Intégration par changement de variable​

Pour une fonction f(u)f(u) où u=g(x)u = g(x), la méthode de substitution peut être utilisée. Par exemple :

  • Pour f(u)=sec⁡(u)tan⁡(u)f(u) = \sec(u) \tan(u), et u=g(x)u = g(x) : ∫sec⁡(g(x))tan⁡(g(x))g′(x) dx=sec⁡(g(x))+C\int \sec(g(x)) \tan(g(x)) g'(x) \, dx = \sec(g(x)) + C

Intégrale d'une fonction rationnelle​

  • Fonction rationnelle simple : ∫1ax+b dx=1aln⁡∣ax+b∣+c\int \frac{1}{ax + b} \, dx = \frac{1}{a} \ln|ax + b| + c

Intégrales faisant intervenir des fonctions hyperboliques inverses​

  • Sinus hyperbolique inverse : ∫1u2+a2 du=ln⁡(u+u2+a2)+c\int \frac{1}{\sqrt{u^2 + a^2}} \, du = \ln(u + \sqrt{u^2 + a^2}) + c
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