Intégrales trigonométriques : exercices corrigés
12 exercices corrigés sur les intégrales trigonométriques : puissances de sinus et cosinus, tangente et sécante, linéarisation et formules produit-somme.
Techniques d'intégration Mis à jour Lecture : 4 min
En bref
- Exercices
- 12, avec réponses et solutions complètes
- Niveau
- Analyse 2 et AP Calculus BC
- Prérequis
- Le changement de variable et les identités de Pythagore
- Idée principale
- Puissance impaire : garder un facteur pour du. Puissances paires : linéariser avec les formules de l'angle moitié
- S'entraîner avec de nouveaux nombres
- Leçon sur les intégrales trigonométriques
Sur cette page
Ces exercices sur les intégrales trigonométriques portent sur les puissances de sinus et de cosinus, la tangente et la sécante, et les produits d'angles différents. Cherchez chaque exercice d'abord. Les réponses viennent en premier pour vérifier rapidement, puis les solutions complètes.
Les identités que vous utiliserez :
Exercices
Puissances paires : linéarisation
- \displaystyle\int\sin^2 x\,dx
- \displaystyle\int\cos^2 x\,dx
- \displaystyle\int\sin^2 x\cos^2 x\,dx
Puissances impaires : garder un facteur
- \displaystyle\int\sin^2 x\cos x\,dx
- \displaystyle\int\cos^3 x\,dx
- \displaystyle\int\sin^3 x\,dx
- \displaystyle\int\sin^3 x\cos^2 x\,dx
Tangente et sécante
- \displaystyle\int\tan^2 x\,dx
- \displaystyle\int\sec^4 x\,dx
- \displaystyle\int\tan^3 x\sec x\,dx
Angles différents et intégrales définies
- \displaystyle\int\sin(3x)\cos x\,dx
- \displaystyle\int_0^{\pi}\sin^2 x\,dx
Réponses
| Exercice | Réponse |
|---|---|
| 1 | \dfrac{x}{2} - \dfrac{\sin 2x}{4} + C |
| 2 | \dfrac{x}{2} + \dfrac{\sin 2x}{4} + C |
| 3 | \dfrac{x}{8} - \dfrac{\sin 4x}{32} + C |
| 4 | \dfrac{\sin^3 x}{3} + C |
| 5 | \sin x - \dfrac{\sin^3 x}{3} + C |
| 6 | -\cos x + \dfrac{\cos^3 x}{3} + C |
| 7 | -\dfrac{\cos^3 x}{3} + \dfrac{\cos^5 x}{5} + C |
| 8 | \tan x - x + C |
| 9 | \tan x + \dfrac{\tan^3 x}{3} + C |
| 10 | \dfrac{\sec^3 x}{3} - \sec x + C |
| 11 | -\dfrac{\cos 4x}{8} - \dfrac{\cos 2x}{4} + C |
| 12 | \dfrac{\pi}{2} |
Solutions détaillées
1. Utilisez la formule de linéarisation :
Voir l'intégrale de sin² x pour plus de détails.
2. Même idée avec un signe plus :
3. Utilisez \sin x\cos x = \frac{1}{2}\sin 2x, donc \sin^2 x\cos^2 x = \frac{1}{4}\sin^2 2x. Appliquez ensuite la formule de linéarisation avec l'angle 2x :
4. Posez u = \sin x, donc du = \cos x\,dx :
5. Gardez un \cos x et écrivez \cos^2 x = 1 - \sin^2 x. Avec u = \sin x :
6. Gardez un \sin x et écrivez \sin^2 x = 1 - \cos^2 x. Avec u = \cos x, du = -\sin x\,dx :
7. Le sinus a la puissance impaire, donc gardez un \sin x : \sin^3 x\cos^2 x = (1 - \cos^2 x)\cos^2 x\sin x. Avec u = \cos x :
8. Utilisez \tan^2 x = \sec^2 x - 1 :
9. Gardez \sec^2 x pour du et écrivez l'autre \sec^2 x = 1 + \tan^2 x. Avec u = \tan x :
10. Gardez \sec x\tan x pour du avec u = \sec x. Le reste \tan^2 x = \sec^2 x - 1 = u^2 - 1 :
11. Utilisez la formule produit-somme \sin A\cos B = \frac{1}{2}\big[\sin(A + B) + \sin(A - B)\big] :
12. D'après l'exercice 1 :
C'est cohérent : sur [0, \pi], la valeur moyenne de \sin^2 x est \frac{1}{2}, et \frac{1}{2}\cdot\pi = \frac{\pi}{2}.
Erreurs fréquentes sur ces exercices
- Faire un changement de variable sur une puissance paire. \int\sin^2 x\,dx ne vaut pas \frac{\sin^3 x}{3}. Il n'y a pas de facteur \cos x pour former du.
- Confondre les signes des formules de linéarisation. \sin^2 prend le signe moins, \cos^2 le signe plus. Vérifiez avec x = 0 : \sin^2 0 = 0 = \frac{1 - 1}{2}.
- Oublier le facteur de la dérivation en chaîne. \int\cos 2x\,dx = \frac{\sin 2x}{2}, et non \sin 2x.
- Ne pas garder de facteur. Dans l'exercice 6, les trois sinus doivent servir : un pour du, deux convertis en cosinus.
Continuer à s'entraîner
Pour des exercices illimités avec une correction immédiate, essayez la leçon sur les intégrales trigonométriques. Voir aussi l'intégrale de tan² x et l'intégrale de sec³ x. Quand vous voyez \sqrt{a^2 - x^2} ou x^2 + a^2, passez aux exercices sur le changement de variable trigonométrique.
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