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Niveau Maths sup
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Intégrale arc cosinus

Posté par
tanb56
18-04-23 à 14:23

Bonjour bonjour,
J'ai un petit problème pour la résolution de cette intégrale :
\int_{0}^{1}{arcos(\frac{1-t²}{1+t²})}

J'ai donc commencé par faire le changement de variable suivant :
t = tan(u/2) -> u=2arctan(t) -> dt=\frac{1+tan²(u/2)}{2} du
Pour le changement de borne, on a :
2arctan(1)=\frac{\pi }{2}
2arctan(0) = 0
On a donc  :
=\int_{0}^{\pi /2}{arcos(\frac{1+(\frac{sin²(u/2)}{cos²(u/2)})}{1-(\frac{sin²(u/2)}{cos²(u/2)}})}*\frac{1+tan²(u/2)}{2}du
=\int_{0}^{\pi /2}{arcos(\frac{\frac{cos²(u/2)-sin²(u/2)}{cos²(u/2)}}{\frac{cos²(u/2)+sin²(u/2)}{cos²(u/2)}}})*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})du
=\int_{0}^{\pi /2}{arcos(cos(u))}*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})
=\int_{0}^{\pi /2}{u}*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})du

A partir de là, j'ai essayé toutes les techniques pour me ramener à quelque chose de simple, j'ai même essayé de faire une IPP lorsque que l'on distribue le u sur le tan²(u/2) dans la parenthèse, mais rien ne va ...

Posté par
carpediem
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 15:25

salut

si tu utilises LaTeX il ne faut pas oublier les balises : c'est illisible ...

Posté par
tanb56
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 15:50

Effectivement j'ai complètement oublié les balises ^^'
Ce sera mieux comme ça :
Donc comme je disais, j'ai un peu de mal sur cette intégrale :
\int_{0}^{1}{arcos(\frac{1-t²}{1+t²})}
J'ai donc commencé par faire le changement de variable suivant :
t = tan(u/2) -> u=2arctan(t) -> dt=\frac{1+tan²(u/2)}{2} du
Pour le changement de borne, on a :
2arctan(1)=\frac{\pi }{2} et 2arctan(0)=0

On a donc  :

 \\ =\int_{0}^{\pi /2}{arcos(\frac{1+(\frac{sin²(u/2)}{cos²(u/2)})}{1-(\frac{sin²(u/2)}{cos²(u/2)}})}*\frac{1+tan²(u/2)}{2}du
 \\ =\int_{0}^{\pi /2}{arcos(\frac{\frac{cos²(u/2)-sin²(u/2)}{cos²(u/2)}}{\frac{cos²(u/2)+sin²(u/2)}{cos²(u/2)}}})*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})du
 \\ =\int_{0}^{\pi /2}{arcos(cos(u))}*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})
 \\ =\int_{0}^{\pi /2}{u}*(\frac{1+tan²(u/2)}{2})du
 \\

A partir de là, j'ai essayé toutes les techniques pour me ramener à quelque chose de simple, j'ai même essayé de faire une IPP lorsque que l'on distribue le u sur le tan²(u/2) dans la parenthèse, mais rien ne va ...

Posté par
larrech
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 16:10

Bonjour,

Perso j'aurais directement fait une IPP à partir de l'intégrale donnée en m'arrangeant pour dériver l'arccos.

Posté par
carpediem
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 16:17

tanb56 @ 18-04-2023 à 15:50

A partir de là, j'ai essayé toutes les techniques pour me ramener à quelque chose de simple, j'ai même essayé de faire une IPP lorsque que l'on distribue le u sur le tan²(u/2) dans la parenthèse, mais rien ne va ...
distribuer le u n'a guère d'intérêt vu la forme du deuxième facteur  (des constantes)

par contre à partir du ton dernier résultat une double IPP (en dérivant toujours le terme/facteur contenant tan peut peut-être produire quelque chose d'intéressant ...

mais la proposition delarrech me semble plus prometteuse directement

Posté par
Ulmiere
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 16:21

Tu peux faire un deuxième changement de variable v = u/2 pour faire sauter les 1/2 et ton intégrale devient 2\int_0^{\pi/4} v(1+\tan^2(v))dv.

Et là, tu fais ton IPP : \int_0^{\pi/4} v\tan'(v)dv = \pi/4\tan(\pi/4) - \int_0^{\pi/4}\tan(x)dx

Et enfin, une primitive de tan est facile à calculer, parce que tan = sin / cos est à peu de choses près, de la forme u'/u, qui se primitive en log(u)

Posté par
tanb56
re : Intégrale arc cosinus 18-04-23 à 17:28

Tout devient clair maintenant, merci à tous !



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