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Calcul intégrale à paramètres

Posté par
castorfute
02-07-23 à 18:08

Bonjour à tous,

a désigne un réel strictement positif. On me demande de calculer l'intégrale I=\int_0^{+\infty} \dfrac{x^{a-1}}{(x^2+1)(x^a-1) }dx lorsqu'elle existe.

L'existence ne me pose aucun problème, mais je ne vois pas comment calculer l'intégrale.

Merci pour votre aide,

Castorfuté

Posté par
castorfute
re : Calcul intégrale à paramètres 02-07-23 à 18:16

désolé pour le bruit, mais il y a une erreur dans l'énoncé précédent. Il faut lire :
I=\int_0^{+\infty} \dfrac{x^{a-1}}{(x^2+1)(x^a+1)}dx

Posté par
LeHibou
re : Calcul intégrale à paramètres 03-07-23 à 22:13

Bonsoir,

Il me semble qu'une intégration par partie ferait l'affaire, avec selon les notations habituelles u = 1/(x²+1) et v' = xa-1/(xa+1).
Le cas a = 1 est un cas particulier, à traiter séparément.

Posté par
jandri Correcteur
re : Calcul intégrale à paramètres 04-07-23 à 12:06

Bonjour,
je ne pense pas qu'il existe une expression simple de cette intégrale en fonction de a.
Avec Maple on trouve par exemple :

\dfrac12 pour a=2

\pi\left(\dfrac2{3\sqrt3}-\dfrac14\right) pour a=3

\dfrac{\pi}8 pour a=4

\dfrac{\pi}4-\dfrac{\pi}{100}(10-2\sqrt5)^{3/2} pour a=5

\dfrac16+\dfrac{\pi}{9\sqrt3} pour a=6

En revanche il existe une formule vraiment très simple pour l'intégrale obtenue en changeant 1+x^a en 1+x^{2a} au dénominateur.

Posté par
castorfute
re : Calcul intégrale à paramètres 04-07-23 à 15:00

Merci à tous les deux. Une fois l'énoncé corrigé, les calculs se font bien par IPP.
Castorfuté

Posté par
jandri Correcteur
re : Calcul intégrale à paramètres 04-07-23 à 19:13

@castorfute
Je ne comprends pas ce que tu veux dire par "Une fois l'énoncé corrigé, les calculs se font bien par IPP".
De quelle intégrale s'agit-il ?

S'il s'agit de l'intégrale I=\int_0^{+\infty} \dfrac{x^{a-1}}{(x^2+1)(x^a+1)}dx je ne vois pas coment une IPP permet de la calculer.

S'il s'agit de l'intégrale I=\int_0^{+\infty} \dfrac{x^{a-1}}{(x^2+1)(x^{2a}+1)}dx il n'y a pas besoin d'IPP, un changement de variable astucieux donne le résultat presque immédiatement.

Posté par
castorfute
re : Calcul intégrale à paramètres 05-07-23 à 10:56

@jandri
On prend l'énoncé : I=\int_0^{+\infty}\dfrac{x^{a-1}}{(x^2+1)(x^{2a}+1)}dx
N'ayant pas vu le changement de variable astucieux, j'ai procédé par IPP, et cela marche bien.
castorfuté

Posté par
jandri Correcteur
re : Calcul intégrale à paramètres 05-07-23 à 11:04

D'accord.
Le changement de variable astucieux est x=\dfrac1t

Posté par
Ulmiere
re : Calcul intégrale à paramètres 05-07-23 à 13:16

Il doit bien y avoir une formule fermée donnée par le théorème des résidus. On prend le lacet classique réunion de [-R,R] et du demi-cercle supérieur de rayonr R.
Pour R assez grand, il entoure avec un indice de 1 tous les zéros de z\mapsto (z^2+1)(z^a+1) de partie imaginaire positive et l'intégrale vaut 2i\pi\sum_{z \in Z}Res(z).

Il faudrait préciser la détermination du logarithme utilisée pour définir z^a et calculer l'ordre des pôles et calculer les résidus. Attention au cas a = 2 par exemple qui double l'ordre de i



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