Ensemble de définition
de
Pour

,
[)
est évidemment défini.
Pour

:
}{t(1+t^2)})
est continue sur
}{t(1+t^2) } \underset{ t \rightarrow 0}{\sim} x)
et

est intégrable sur
}{t(1+t^2)} \right| \underset{ t \rightarrow +\infty}{\sim} \dfrac{ \pi}{2t^3})
et

est intégrable sur
On en déduit que
}{t(1+t^2)} )
est intégrable sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?]0,+\infty[ )
et donc que
)
est défini.
Donc
On montre que
est de classe
sur
Appliquons le théorème de dérivation d'une intégrale dépendant d'un paramètre à

Pour tout

de

,
)
est continue par morceaux sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?]0,+\infty[ )
, intégrable sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi? ]0,+\infty[ )
(on vient de le voir).

existe sur
![{\mathbb R} \times ]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?{\mathbb R} \times ]0,+\infty[ )
avec:

Pour tout

de
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi? ]0,+\infty[ )
,
)
est continue sur

.
Pour tout

de

,
 )
est continue par morceaux sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi? ]0,+\infty[ )
.

est continue par morceaux sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi? ]0,+\infty[ )
, intégrable sur
On déduit du théorème de dérivation d'une intégrale dépendant d'un paramètre que
est de classe
sur
avec:
Calcul de
Rappelons que la décomposition en éléments simples n'est pas au programme de PC, ce qui explique l'indication de l'énoncé. On n'utilisera donc pas non plus les méthodes classiques pour décomposer en éléments simples.
On a:
Donc, pour

:
Et, pour

dans
![[0,1[ \cup ]1,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?[0,1[ \cup ]1,+\infty[ )
:
L'égalité ci-dessus reste vraie pour

, par continuité de

et

.
Pour déterminer
)
lorsque

est négatif, on remarque que

est paire (regarder l'expression de

).
Calcul de F
Puisque
Existence et calcul d'une intégrale:
On applique le théorème d'intégration par parties aux fonctions

et

définies sur
![]0,+\infty[](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi? ]0,+\infty[ )
par:
![\forall t \in ]0,+\infty[ \enspace , \enspace u(t)= (\operatorname{Arctan}t)^2 \enspace](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?\forall t \in ]0,+\infty[ \enspace , \enspace u(t)= (\operatorname{Arctan}t)^2 \enspace )
et

et

sont de classe

sur

et

existent et sont finies (les deux limites sont nulles).
![\forall t \in ]0,+\infty[ \enspace , \enspace u'(t)v(t)= -\dfrac{ 2 \operatorname{Arctan}t}{t(1+t^2)} \enspace](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?\forall t \in ]0,+\infty[ \enspace , \enspace u'(t)v(t)= -\dfrac{ 2 \operatorname{Arctan}t}{t(1+t^2)} \enspace )
. Donc,
![\displaystyle \int_{]0,+\infty[}u'v](https://latex.ilemaths.net/ile_TEX.cgi?\displaystyle \int_{]0,+\infty[}u'v )
converge (elle vaut
)
).
D'après le théorème d'intégration par parties: