Intégrale de x eˣ : formule, méthode et exemples
L'intégrale de x eˣ vaut (x − 1)eˣ + C. L'intégration par parties pas à pas, pourquoi u = x est le bon choix, un graphique et des exemples comme x e^(2x).
Produits et intégration par parties Mis à jour Lecture : 3 min
En bref
- Primitive
- (x-1)e^x + C
- Méthode
- Intégration par parties avec u = x, dv = e^x\,dx
- De 0 à 1
- 1
- Avec e^(kx)
- \int xe^{kx}\,dx = \left(\frac{x}{k} - \frac{1}{k^2}\right)e^{kx} + C
Sur cette page
L'intégrale de xe^x est (x - 1)e^x + C. C'est le premier exemple classique d'intégration par parties : une puissance de x multipliée par une exponentielle.
Graphique de x eˣ et de sa primitive
Comment intégrer x eˣ pas à pas
La formule d'intégration par parties est \int u\,dv = uv - \int v\,du.
- Choisir les facteurs. Posons u = x et dv = e^x\,dx.
- Trouver du et v. du = dx et v = e^x.
- Appliquer la formule. \int xe^x\,dx = xe^x - \int e^x\,dx
- Terminer l'intégrale facile. \int e^x\,dx = e^x, donc \int xe^x\,dx = xe^x - e^x + C = (x-1)e^x + C
Pourquoi u = x ? Le but est d'obtenir une intégrale restante plus simple. En dérivant x, on obtient 1, donc le x disparaît en une étape. La règle LIATE (Logarithme, Inverse trigonométrique, Algébrique, Trigonométrique, Exponentielle) dit la même chose : l'algébrique passe avant l'exponentielle, donc x est u.
Et si on choisit l'inverse ? Avec u = e^x et dv = x\,dx, on obtient \frac{x^2}{2}e^x - \int\frac{x^2}{2}e^x\,dx. La puissance de x a augmenté, le problème s'est aggravé.
Vérification par dérivation
La règle du produit redonne exactement la fonction de départ. La page dérivée de x eˣ montre le sens direct.
Intégrales définies
De 0 à 1 :
De −∞ à 0 : quand x \to -\infty, (x-1)e^x \to 0 car l'exponentielle l'emporte. Donc
Le résultat est négatif car xe^x < 0 pour x < 0.
Exemples corrigés
Exemple 1 : une exponentielle plus rapide. \int xe^{2x}\,dx. Posons u = x, dv = e^{2x}\,dx, donc v = \frac{1}{2}e^{2x} :
En général, \int xe^{kx}\,dx = \left(\frac{x}{k} - \frac{1}{k^2}\right)e^{kx} + C.
Exemple 2 : décroissance. Avec k = -1, la formule générale donne \int xe^{-x}\,dx = (-x - 1)e^{-x} + C = -(x+1)e^{-x} + C. De 0 à \infty, cela vaut 0 - (-1) = 1. C'est le temps d'attente moyen de la loi exponentielle de paramètre 1.
Exemple 3 : un facteur affine. \int(3x + 2)e^x\,dx. Avec u = 3x + 2, du = 3\,dx :
Exemple 4 : une puissance plus élevée. Pour x^2e^x, on intègre deux fois par parties. Le résultat est (x^2 - 2x + 2)e^x + C, détaillé sur la page intégrale de x² eˣ.
Erreurs fréquentes
- Intégrer facteur par facteur. \int xe^x\,dx \ne \frac{x^2}{2}e^x. L'intégrale d'un produit n'est pas le produit des intégrales.
- Choisir u = e^x. L'intégrale restante contient alors x^2, ce qui est plus difficile.
- Une erreur de signe à la dernière étape. C'est xe^x - \int e^x\,dx, donc le terme e^x est soustrait. Vérifiez en dérivant.
- Oublier le \frac{1}{k} pour e^{kx}. Avec e^{2x}, v = \frac{1}{2}e^{2x}, et non e^{2x}.
Pour vous entraîner davantage, voir le guide de l'intégration par parties et les exercices sur l'intégration par parties.
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