Intégrale de 1/(x² - 1) : formule, éléments simples, exemples
L'intégrale de 1/(x² - 1) vaut ½ ln|(x - 1)/(x + 1)| + C. La décomposition en éléments simples, la formule générale 1/(x² - a²) et des exemples.
Puissances, racines et fonctions rationnelles Mis à jour Lecture : 3 min
En bref
- Primitive
- \dfrac{1}{2}\ln\left\lvert\dfrac{x - 1}{x + 1}\right\rvert + C
- Méthode
- Décomposition en éléments simples
- Décomposition
- \dfrac{1}{x^2 - 1} = \dfrac{1}{2}\left(\dfrac{1}{x - 1} - \dfrac{1}{x + 1}\right)
- Forme générale
- \int\dfrac{dx}{x^2 - a^2} = \dfrac{1}{2a}\ln\left\lvert\dfrac{x - a}{x + a}\right\rvert + C
- Non définie en
- x = \pm 1
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L'intégrale de \dfrac{1}{x^2 - 1} est \dfrac{1}{2}\ln\left\lvert\dfrac{x - 1}{x + 1}\right\rvert + C. C'est l'intégrale la plus simple qui demande une décomposition en éléments simples.
Graphique de 1/(x² - 1)
Entre les asymptotes, la fonction est négative, avec un maximum de -1 en x = 0. À l'extérieur, elle est positive et décroît vers 0.
Décomposition en éléments simples pas à pas
- Factoriser le dénominateur : x^2 - 1 = (x - 1)(x + 1).
- Poser la décomposition : \dfrac{1}{(x - 1)(x + 1)} = \dfrac{A}{x - 1} + \dfrac{B}{x + 1}.
- Chasser les dénominateurs : 1 = A(x + 1) + B(x - 1).
- Avec x = 1 : 1 = 2A, donc A = \frac{1}{2}. Avec x = -1 : 1 = -2B, donc B = -\frac{1}{2}.
- Intégrer chaque morceau avec l'intégrale de 1/x :
- Regrouper les logarithmes : \frac{1}{2}\ln\left\lvert\frac{x - 1}{x + 1}\right\rvert + C.
Le guide sur la décomposition en éléments simples traite aussi les facteurs répétés et les facteurs du second degré.
Vérification par dérivation
La formule générale : 1/(x² - a²)
Les mêmes étapes avec (x - a)(x + a) donnent A = \frac{1}{2a}, B = -\frac{1}{2a}, donc
Par exemple, \int\frac{1}{x^2 - 9}\,dx = \frac{1}{6}\ln\left\lvert\frac{x - 3}{x + 3}\right\rvert + C.
Exemples corrigés
Exemple 1 : intégrale définie. Pour la région hachurée :
Exemple 2 : intégrale impropre. Quand x \to \infty, \frac{x - 1}{x + 1} \to 1 et le logarithme tend vers 0 :
Exemple 3 : entre les asymptotes. \int_0^{1/2}\frac{dx}{x^2 - 1} = \frac{1}{2}\ln\frac{1/2}{3/2} - 0 = -\frac{1}{2}\ln 3. Négatif, comme le prévoit le graphique.
Exemple 4 : le signe inversé. \int\frac{1}{1 - x^2}\,dx = -\int\frac{1}{x^2 - 1}\,dx = \frac{1}{2}\ln\left\lvert\frac{1 + x}{1 - x}\right\rvert + C.
Exemple 5 : d'abord un changement de variable. \int\frac{\cos x}{\sin^2 x - 1}\,dx avec u = \sin x devient \int\frac{du}{u^2 - 1} = \frac{1}{2}\ln\left\lvert\frac{\sin x - 1}{\sin x + 1}\right\rvert + C.
Erreurs fréquentes
- Répondre \arctan x. C'est pour x^2 + 1. Vérifiez le signe au dénominateur.
- Répondre \ln\lvert x^2 - 1\rvert. Le numérateur est 1, pas 2x, donc le schéma \frac{f'}{f} ne s'applique pas. Ce schéma donne plutôt l'intégrale de x/(x² + 1).
- Se tromper de signe pour B. Remplacez par des valeurs pour vérifier la décomposition.
- Intégrer à travers x = \pm 1. Ces intégrales sont impropres et divergent.
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