practicecalculus
Puissances, racines et fonctions rationnelles

Intégrale de |x| : formule, démonstration et exemples

L'intégrale de |x| vaut x|x|/2 + C. Comment couper en zéro, pourquoi le résultat n'est pas |x²/2|, et le calcul d'intégrales comme |x - 1| entre 0 et 4.

Puissances, racines et fonctions rationnelles Mis à jour Lecture : 3 min

En bref

\int \lvert x\rvert\,dx = \frac{x\lvert x\rvert}{2} + C
Primitive
\dfrac{x\lvert x\rvert}{2} + C
Pour x ≥ 0
\dfrac{x^2}{2} + C
Pour x < 0
-\dfrac{x^2}{2} + C
Intervalle symétrique
\int_{-a}^{a}\lvert x\rvert\,dx = a^2
Vérification
\dfrac{d}{dx}\dfrac{x\lvert x\rvert}{2} = \lvert x\rvert
Sur cette page
  1. Graphique de |x| et de sa primitive
  2. Démonstration, morceau par morceau
  3. Vérification par dérivation
  4. Intégrales définies : couper au changement de signe
  5. Variante par changement de variable
  6. Erreurs fréquentes

L'intégrale de \lvert x\rvert est \dfrac{x\lvert x\rvert}{2} + C. Comme \lvert x\rvert est définie en deux morceaux, le plus simple pour trouver son intégrale est d'intégrer chaque morceau puis de les recoller.

\int \lvert x\rvert\,dx = \frac{x\lvert x\rvert}{2} + C

Graphique de |x| et de sa primitive

Aire sous y = |x| de -1 à 2, avec la primitive y = x|x|/2
La région hachurée est formée de deux triangles d'aires \frac{1}{2} et 2, soit \frac{5}{2} au total. La primitive en pointillés vaut -\frac{x^2}{2} à gauche et \frac{x^2}{2} à droite.

La primitive est toujours croissante, puisque \lvert x\rvert \ge 0. Elle a une tangente horizontale à l'origine, où \lvert x\rvert = 0, et elle y est lisse alors que \lvert x\rvert présente un point anguleux.

Démonstration, morceau par morceau

  1. Séparer la fonction : \lvert x\rvert = x pour x \ge 0 et \lvert x\rvert = -x pour x < 0.
  2. Intégrer chaque morceau avec l'intégrale de x : \frac{x^2}{2} à droite, -\frac{x^2}{2} à gauche.
  3. Les raccorder en x = 0. Les deux morceaux y valent 0, donc aucune constante supplémentaire n'est nécessaire.
  4. Écrire les deux morceaux en une seule formule. Comme x\lvert x\rvert = x^2 pour x \ge 0 et x\lvert x\rvert = -x^2 pour x < 0, la primitive est \frac{x\lvert x\rvert}{2}.
  5. Ajouter C.

On peut aussi écrire le résultat \frac{x^2}{2}\operatorname{sgn}(x) + C, où \operatorname{sgn}(x) est le signe de x.

Vérification par dérivation

Pour x > 0 : \frac{d}{dx}\frac{x^2}{2} = x = \lvert x\rvert. Pour x < 0 : \frac{d}{dx}\left(-\frac{x^2}{2}\right) = -x = \lvert x\rvert. En x = 0, les deux pentes à gauche et à droite valent 0, donc la dérivée vaut 0 = \lvert 0\rvert. La vérification fonctionne partout. Comparez avec la dérivée de |x|, qui n'existe pas en 0.

Intégrales définies : couper au changement de signe

Pour une intégrale définie, on a rarement besoin de la formule de la primitive. On coupe l'intervalle là où l'expression entre les barres s'annule, puis on utilise les propriétés de l'intégrale définie.

Exemple 1. \int_{-2}^{3}\lvert x\rvert\,dx = \int_{-2}^{0}(-x)\,dx + \int_{0}^{3}x\,dx = 2 + \frac{9}{2} = \frac{13}{2}.

Exemple 2. \int_{-a}^{a}\lvert x\rvert\,dx = a^2 pour tout a > 0. La fonction est paire, donc c'est le double de \int_0^a x\,dx = \frac{a^2}{2}.

Exemple 3 : intérieur décalé. Pour \int_0^4\lvert x - 1\rvert\,dx, l'intérieur s'annule en x = 1 :

\int_0^1 (1 - x)\,dx + \int_1^4 (x - 1)\,dx = \frac{1}{2} + \frac{9}{2} = 5

Exemple 4 : distance totale. Si la vitesse est v(t) = t - 2 sur [0, 5], le déplacement vaut \int_0^5 (t - 2)\,dt = \frac{5}{2}, mais la distance totale parcourue vaut \int_0^5\lvert t - 2\rvert\,dt = 2 + \frac{9}{2} = \frac{13}{2}. C'est la raison la plus courante d'intégrer une valeur absolue.

Variante par changement de variable

Pour un intérieur affine, \int\lvert ax + b\rvert\,dx = \frac{(ax + b)\lvert ax + b\rvert}{2a} + C. Par exemple, \int\lvert 2x - 3\rvert\,dx = \frac{(2x - 3)\lvert 2x - 3\rvert}{4} + C.

Erreurs fréquentes

  1. Répondre \frac{x^2}{2} + C. Ce n'est correct que pour x \ge 0.
  2. Répondre \left\lvert\frac{x^2}{2}\right\rvert + C. Sa dérivée est x, qui est négative pour x < 0.
  3. Trouver 0 pour \int_{-a}^{a}\lvert x\rvert\,dx. \lvert x\rvert est paire, pas impaire. Rien ne se compense.
  4. Couper au mauvais endroit. Pour \lvert x - 1\rvert, on coupe en x = 1, pas en x = 0.

Entraînez-vous à ce découpage avec les exercices sur les intégrales définies.

Entraîne-toi maintenant

Calculer des intégrales définies

Résous de vrais problèmes sur ce thème avec une correction immédiate, des indices et une solution pas à pas pour chaque réponse. Gratuit, sans inscription pour commencer.

S'entraîner sur cette leçon

Questions fréquentes

Quelle est l'intégrale de |x| ?

C'est \frac{x\lvert x\rvert}{2} + C. Cela vaut \frac{x^2}{2} pour x \ge 0 et -\frac{x^2}{2} pour x < 0.

Combien vaut l'intégrale de |x| entre -1 et 1 ?

Elle vaut 1. Le graphique forme deux triangles, chacun d'aire \frac{1}{2}.

Pourquoi l'intégrale de |x| n'est-elle pas |x²/2| ?

\left\lvert\frac{x^2}{2}\right\rvert = \frac{x^2}{2}, dont la dérivée est x. Pour x négatif, c'est négatif, alors que \lvert x\rvert est positif. Il faut le changement de signe qu'apporte x\lvert x\rvert.

|x| est-elle intégrable malgré son point anguleux ?

Oui. \lvert x\rvert est continue, et toute fonction continue sur un intervalle fermé est intégrable. Le point anguleux l'empêche seulement d'être dérivable en 0.

Rédigé par l'équipe PracticeCalculus

Nous créons des leçons d'analyse interactives et rédigeons chaque page pour qu'elle soit claire et juste. Tu as repéré une erreur ? Dis-le-nous et nous la corrigerons.