Intégrale de x cos x : formule, méthode et exemples
L'intégrale de x cos x vaut x sin x + cos x + C. L'intégration par parties pas à pas, la vérification, un graphique, des intégrales définies et x² cos x.
Produits et intégration par parties Mis à jour Lecture : 3 min
En bref
- Primitive
- x\sin x + \cos x + C
- Méthode
- Intégration par parties avec u = x, dv = \cos x\,dx
- De 0 à π/2
- \frac{\pi}{2} - 1 \approx 0.571
- De 0 à π
- -2
- Avec cos(kx)
- \int x\cos kx\,dx = \frac{x}{k}\sin kx + \frac{1}{k^2}\cos kx + C
Sur cette page
L'intégrale de x\cos x est x\sin x + \cos x + C. Comme x\sin x, c'est une puissance de x multipliée par une fonction trigonométrique, et une intégration par parties avec u = x la règle en une étape.
Graphique de x cos x et de sa primitive
Comment intégrer x cos x pas à pas
On utilise l'intégration par parties, \int u\,dv = uv - \int v\,du.
- Choisir les facteurs. u = x et dv = \cos x\,dx.
- Trouver du et v. du = dx et v = \sin x, d'après l'intégrale de cos x.
- Appliquer la formule. \int x\cos x\,dx = x\sin x - \int\sin x\,dx
- Terminer. \int\sin x\,dx = -\cos x, et en le soustrayant on obtient +\cos x : \int x\cos x\,dx = x\sin x + \cos x + C
u = x est le bon choix car sa dérivée vaut 1, ce qui fait disparaître le x. Choisir u = \cos x ferait monter la puissance à x^2.
Vérification par dérivation
Le \sin x issu de la règle du produit compense le -\sin x issu de \cos x.
Intégrales définies
Notons F(x) = x\sin x + \cos x.
| Intégrale | Calcul | Valeur |
|---|---|---|
| \int_0^{\pi/2} x\cos x\,dx | \left(\frac{\pi}{2} + 0\right) - (0 + 1) | \frac{\pi}{2} - 1 |
| \int_0^{\pi} x\cos x\,dx | (0 - 1) - (0 + 1) | -2 |
| \int_{\pi/2}^{3\pi/2} x\cos x\,dx | \left(-\frac{3\pi}{2}\right) - \frac{\pi}{2} | -2\pi |
| \int_{-a}^{a} x\cos x\,dx | fonction impaire | 0 |
La dernière ligne utilise la symétrie : x\cos x est impaire (une fonction impaire multipliée par une fonction paire), donc les aires des deux côtés se compensent.
Exemples corrigés
Exemple 1 : un angle multiplié. \int x\cos 3x\,dx. Avec u = x et v = \frac{1}{3}\sin 3x :
Exemple 2 : x au carré. \int x^2\cos x\,dx. Premier passage avec u = x^2, v = \sin x :
L'intégrale de x sin x vaut \sin x - x\cos x, donc
Exemple 3 : un facteur affine. \int(2x - 1)\cos x\,dx. Avec u = 2x - 1, du = 2\,dx :
Exemple 4 : un coefficient de Fourier. Dans les séries de Fourier, on rencontre des intégrales comme \int_{-\pi}^{\pi}x\cos(nx)\,dx. La fonction est impaire, donc le résultat est 0 pour tout entier n, sans intégration par parties.
Exemple 5 : un produit caché. \int x\cos^2 x\,dx. On écrit \cos^2 x = \frac{1 + \cos 2x}{2} (voir l'intégrale de cos²x), puis
Erreurs fréquentes
- Écrire x\sin x - \cos x. Le reste vaut -\int\sin x\,dx = -(-\cos x) = +\cos x.
- La confondre avec x\sin x. Ici v = \sin x sans changement de signe ; pour x\sin x, v = -\cos x.
- Intégrer facteur par facteur. \frac{x^2}{2}\sin x n'est pas le résultat ; dérivez-le pour voir pourquoi.
- Oublier le \frac{1}{k^2} dans le second terme quand l'angle est kx.
Pour vous entraîner davantage, essayez les exercices sur l'intégration par parties.
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