Intégrale de cos² x : formule, démonstration et exemples
L'intégrale de cos² x vaut x/2 + sin(2x)/4 + C. La linéarisation, la vérification, cos²(ax) et le calcul de l'aire d'un disque.
Intégrales trigonométriques Mis à jour Lecture : 2 min
En bref
- Primitive
- \dfrac{x}{2} + \dfrac{\sin 2x}{4} + C
- Identité utilisée
- \cos^2 x = \dfrac{1 + \cos 2x}{2}
- Forme équivalente
- \dfrac{x + \sin x\cos x}{2} + C
- De 0 à 2π
- \pi
- Vérification avec sin²
- \int(\sin^2 x + \cos^2 x)\,dx = x + C
Sur cette page
L'intégrale de \cos^2 x est \dfrac{x}{2} + \dfrac{\sin 2x}{4} + C. Comme pour \sin^2 x, il faut linéariser avant d'intégrer.
Graphique de cos² x et de sa primitive
Démonstration pas à pas
- Partir de \cos 2x = 2\cos^2 x - 1.
- Isoler \cos^2 x : \cos^2 x = \dfrac{1 + \cos 2x}{2}.
- Remplacer : \displaystyle\int\cos^2 x\,dx = \frac{1}{2}\int(1 + \cos 2x)\,dx.
- Intégrer : \frac{1}{2}\left(x + \frac{\sin 2x}{2}\right) + C.
- Simplifier : \frac{x}{2} + \frac{\sin 2x}{4} + C.
L'étape 4 utilise l'intégrale de cos x, avec un facteur \frac{1}{2} dû au 2x intérieur.
Vérification par dérivation
Deuxième vérification : ajoutez ce résultat à l'intégrale de sin² x :
Cela correspond à \int(\sin^2 x + \cos^2 x)\,dx = \int 1\,dx = x. Le sens direct se trouve sur la page dérivée de cos² x.
Intégrales définies
Variantes par changement de variable
Exemple 1. \int\cos^2(5x)\,dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin 10x}{20} + C.
Exemple 2. \int\cos^2\frac{x}{2}\,dx = \int\frac{1 + \cos x}{2}\,dx = \frac{x}{2} + \frac{\sin x}{2} + C.
Exemple 3 : avec un facteur sin x. \int\cos^2 x\sin x\,dx = -\frac{\cos^3 x}{3} + C, en posant u = \cos x. Aucune identité n'est nécessaire.
Où on la rencontre : l'aire d'un disque
L'aire d'un disque de rayon 1 vaut 4\int_0^1\sqrt{1 - x^2}\,dx. On pose x = \sin\theta, dx = \cos\theta\,d\theta :
Les mêmes étapes donnent l'intégrale de √(1 - x²). Voir le changement de variable trigonométrique pour la méthode.
Exemple corrigé : cos² x sin² x
On utilise \sin x\cos x = \frac{\sin 2x}{2}, donc \sin^2 x\cos^2 x = \frac{\sin^2 2x}{4} = \frac{1 - \cos 4x}{8}. Alors
Erreurs fréquentes
- Répondre \sin^2 x. Sa dérivée est 2\sin x\cos x.
- Répondre \frac{\cos^3 x}{3}. Il faudrait un facteur -\sin x.
- Utiliser 1 - \cos 2x. Cette identité est pour \sin^2 x. Test rapide : en x = 0, \cos^2 x = 1, et \frac{1 + \cos 0}{2} = 1.
- Écrire \frac{\sin 2x}{2} au lieu de \frac{\sin 2x}{4}. Pensez aux deux divisions par deux : l'une vient de l'identité, l'autre du 2x intérieur.
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