%% nav-debut : généré par gen_navigation.py, ne pas modifier à la main %%
> [!nav]
> ↩ [[Analyse et Données/Mathématiques/Intégrales rationnelles/Intégrales rationnelles|Accueil · Intégrales rationnelles]]
>
> | [[Analyse et Données/Mathématiques/Intégrales rationnelles/Cours 1 - Intégrales rationnelles\|← Cours 1 - Intégrales rationnelles]] | |
> |:---|---:|
%% nav-fin %%
# Exercices
>[!warning] Attention
Il est fortement recommandé de travailler tous les exemples du cours avant d’aborder les exercices suivants.
## Exercice 1 : Division euclidienne
Effectuer la division euclidienne du polynômes $P(X)$ par $Q(X)$ dans les cas suivants :
1. $P(X) = X^3 - 3X^2$, $Q(X) = X^2 - X + 2$
2. $P(X)=-16X^4-64X^2-X-100$, $Q(X)=4X^2+4X+10$
3. $P(X)=X^4+6X^2-2X+5$, $Q(X)=X^3-X^2+4X-4$
## Exercice 2 : Racines réelles simples
Calculer les primitives suivantes.
1.
$I=\int \frac{1}{x^2-4}\,dx$
2. $I=\int \frac{3x+1}{(x-1)(x+2)}\,dx$
3. $I=\int \frac{2x-1}{x^2-9}\,dx$
## Exercice 3 : Racines multiples
Calculer les primitives suivantes.
1.
$I=\int \frac{1}{x(x-1)^2}\,dx$
2. $I=\int \frac{x+4}{x(x+1)^2}dx$
3. $I=\int \frac{2x+3}{(x-1)^3}dx$
## Exercice 4 : Facteurs quadratiques irréductibles
1.
$I=\int \frac{x}{x^2+4}\,dx$
2.
$I=\int \frac{x+1}{x^2+2x+5}\,dx$
3.
$I=\int \frac{2x+3}{x^2+6x+13}\,dx$
# Corrigés Détaillés
## Correction de l'Exercice 1
1. $P(X) = X^3 - 3X^2$ par $Q(X) = X^2 - X + 2$
```text
X^3 - 3X^2 + 0x + 0 | X^2 - X + 2
-(X^3 - X^2 + 2x) | X - 2 (quotient E(x))
-------------------
-2X^2 - 2x + 0
-(-2X^2 + 2x - 4)
-----------------
-4X + 4 (reste R(x))
```
2. $P(X) = -16X^4 - 64X^2 - X - 100$ par $Q(X) = 4X^2 + 4X + 10$
```text
-16X^4 + 0X^3 - 64X^2 - X - 100 | 4X^2 + 4X + 10
-(-16X^4 - 16X^3 - 40X^2) | -4X^2 + 4X - 10 (quotient E(x))
---------------------------------
16X^3 - 24X^2 - X - 100
-(16X^3 + 16X^2 + 40X)
--------------------------
-40X^2 - 41X - 100
-(-40X^2 - 40X - 100)
---------------------
-X (reste R(x))
```
3. $P(X) = X^4 + 6X^2 - 2X + 5$ par $Q(X) = X^3 - X^2 + 4X - 4$
```text
X^4 + 0X^3 + 6X^2 - 2X + 5 | X^3 - X^2 + 4X - 4
-(X^4 - X^3 + 4X^2 - 4X) | X + 1 (quotient E(x))
--------------------------
X^3 + 2X^2 + 2X + 5
-(X^3 - X^2 + 4X - 4)
----------------------
3X^2 - 2X + 9 (reste R(x))
```
**Synthèse des résultats**
1. **Cas 1 :** $X^3 - 3X^2 = (X^2 - X + 2)(X - 2) + (-4X + 4)$
2. **Cas 2 :** $-16X^4 - 64X^2 - X - 100 = (4X^2 + 4X + 10)(-4X^2 + 4X - 10) - X$
3. **Cas 3 :** $X^4 + 6X^2 - 2X + 5 = (X^3 - X^2 + 4X - 4)(X + 1) + (3X^2 - 2X + 9)$
## Correction de l'Exercice 2
1.
$I=\int \frac{1}{x^2-4}\,dx$
On factorise :
$x^2-4=(x-2)(x+2)$
On cherche la décomposition en éléments simples (DES) :
$\frac{1}{(x-2)(x+2)} =\frac{A}{x-2}+\frac{B}{x+2}$
**Méthode d'Heaviside :**
$A=\left[\frac{1}{x+2}\right]_{x=2}=\frac{1}{4}, \qquad B=\left[\frac{1}{x-2}\right]_{x=-2}=-\frac{1}{4}$
Donc :
$\frac{1}{x^2-4} =\frac{1}{4(x-2)}-\frac{1}{4(x+2)}$
Ainsi :
$I=\frac{1}{4}\ln|x-2|-\frac{1}{4}\ln|x+2|+C$
$\boxed{ I=\frac{1}{4}\ln\left|\frac{x-2}{x+2}\right|+C }$
2.
$I=\int \frac{3x+1}{(x-1)(x+2)}\,dx$
On pose :
$\frac{3x+1}{(x-1)(x+2)} =\frac{A}{x-1}+\frac{B}{x+2}$
**Heaviside :**
$A=\left[\frac{3x+1}{x+2}\right]_{x=1} =\frac{4}{3}, \qquad B=\left[\frac{3x+1}{x-1}\right]_{x=-2} =\frac{5}{3}$
D'où :
$I=\frac{4}{3}\int\frac{1}{x-1}dx+\frac{5}{3}\int\frac{1}{x+2}dx$$\boxed{ I=\frac{4}{3}\ln|x-1|+\frac{5}{3}\ln|x+2|+C }$
3.
$I=\int \frac{2x-1}{x^2-9}\,dx$
$x^2-9=(x-3)(x+3)$
On écrit :
$\frac{2x-1}{(x-3)(x+3)} =\frac{A}{x-3} +\frac{B}{x+3}$
$A=\left[\frac{2x-1}{x+3}\right]_{x=3} =\frac{5}{6}, \qquad B=\left[\frac{2x-1}{x-3}\right]_{x=-2} =\frac{7}{6}$
Alors : $\boxed{ I=\frac{5}{6}\ln|x-3| +\frac{7}{6}\ln|x+3| +C }$
## Correction de l'Exercice 3
1.
$I=\int \frac{1}{x(x-1)^2}\,dx$
**DES :**
$\frac{1}{x(x-1)^2} = \frac{A}{x} +\frac{B}{x-1} +\frac{C}{(x-1)^2}$
Après multiplication par $x(x-1)^2$ :
$1=A(x-1)^2+Bx(x-1)+Cx$
- En prenant $x=0$ : $A=1$
- En prenant $x=1$ : $C=1$
- En prenant $x=2$ : $1=1+2B+2 \implies B=-1$
Donc :
$\frac{1}{x(x-1)^2} = \frac{1}{x}-\frac{1}{x-1} +\frac{1}{(x-1)^2}$
Intégration :
$I=\ln|x|-\ln|x-1|-\frac{1}{x-1}+C$
$\boxed{ I=\ln\left|\frac{x}{x-1}\right| -\frac{1}{x-1} +C }$
2.
$I=\int \frac{x+4}{x(x+1)^2}dx$
On cherche :
$\frac{x+4}{x(x+1)^2} = \frac{A}{x} +\frac{B}{x+1} +\frac{C}{(x+1)^2}$
Après multiplication :
$x+4=A(x+1)^2+Bx(x+1)+Cx$
- $x=0 \implies A=4$
- $x=-1 \implies -1+4=C(-1) \implies C=-3$
- $x=1 \implies 5=16+2B-3 \implies B=-4$
Donc :
$\frac{x+4}{x(x+1)^2} = \frac{4}{x}-\frac{4}{x+1} -\frac{3}{(x+1)^2}$
$\boxed{ I= 4\ln|x| -4\ln|x+1| +\frac{3}{x+1} +C }$
3.
$I=\int \frac{2x+3}{(x-1)^3}dx$
**Poser la forme de la décomposition**
Lorsque le dénominateur possède une racine multiple (ici $x=1$ de multiplicité 3), la décomposition s'écrit sous la forme :
$\frac{2x+3}{(x-1)^3} = \frac{A}{x-1} + \frac{B}{(x-1)^2} + \frac{C}{(x-1)^3}$
**Déterminer les coefficients ($A, B, C$)**
Il existe deux méthodes principales. Ici, la plus rapide est le **changement de variable local** ou la division selon les puissances croissantes, mais restons sur l'identification classique.
**Méthode par substitution :**
On multiplie tout par $(x-1)^3$ :
$2x+3 = A(x-1)^2 + B(x-1) + C$
$2x+3 = A(x^2 - 2x + 1) + Bx - B + C$
$2x+3 = Ax^2 + (B - 2A)x + (A - B + C)$
**Identification des coefficients :**
En comparant les termes de gauche et de droite :
1. **Termes en $x^2$ :** $A = 0$ (car il n'y a pas de $x^2$ à gauche).
2. **Termes en $x$ :** $B - 2A = 2 \implies B - 0 = 2 \implies B = 2$.
3. **Termes constants :** $A - B + C = 3 \implies 0 - 2 + C = 3 \implies C = 5$.
On obtient donc la décomposition suivante :
$\frac{2x+3}{(x-1)^3} = \frac{2}{(x-1)^2} + \frac{5}{(x-1)^3}$
**Calcul de la primitive**
On intègre maintenant chaque terme séparément :
$I = \int \left( \frac{2}{(x-1)^2} + \frac{5}{(x-1)^3} \right) dx$
En utilisant la formule $\int \frac{1}{u^n} du = \frac{-1}{(n-1)u^{n-1}}$ :
- $\int \frac{2}{(x-1)^2} dx = 2 \left( \frac{-1}{x-1} \right) = -\frac{2}{x-1}$
- $\int \frac{5}{(x-1)^3} dx = 5 \left( \frac{-1}{2(x-1)^2} \right) = -\frac{5}{2(x-1)^2}$
$\boxed{ I = -\frac{2}{x-1} - \frac{5}{2(x-1)^2} + C }$
>[!note] Note astucieuse
Dans ce cas précis, on aurait pu aller plus vite en écrivant le numérateur en fonction de $(x-1)$ :
$2x + 3 = 2(x - 1 + 1) + 3 = 2(x-1) + 2 + 3 = 2(x-1) + 5$
Alors :
$\frac{2x+3}{(x-1)^3} = \frac{2(x-1) + 5}{(x-1)^3} = \frac{2}{(x-1)^2} + \frac{5}{(x-1)^3}$
Cette astuce évite de résoudre un système d'équations !
## Correction de l'Exercice 4
1.
$I=\int \frac{x}{x^2+4}\,dx$
Posons $u=x^2+4$, alors $du=2x\,dx$.
Donc :
$I=\frac{1}{2}\int \frac{1}{u}\,du$
$\boxed{ I=\frac{1}{2}\ln(x^2+4)+C }$
2.
$I=\int \frac{x+1}{x^2+2x+5}\,dx$
Le dénominateur vaut $x^2+2x+5=(x+1)^2+4$.
Posons $u=x+1$, alors :
$I=\int \frac{u}{u^2+4}\,du = \frac{1}{2}\ln(u^2+4)+C$ $\boxed{ I=\frac{1}{2}\ln(x^2+2x+5)+C }$
3.
$I=\int \frac{2x+3}{x^2+6x+13}\,dx$
**Complétons le carré :** $x^2+6x+13=(x+3)^2+4$.
**Réécrivons le numérateur :** $2x+3=(2x+6)-3$.
$I = \int \frac{2x+6}{(x+3)^2+4}dx - 3\int \frac{dx}{(x+3)^2+4}$
- Pour la première intégrale ($u = \text{dénominateur}$), on obtient : $\ln((x+3)^2+4)$.
- Pour la seconde, on utilise la forme $\int \frac{1}{v^2+a^2} = \frac{1}{a}\arctan(v/a)$ :
$\int \frac{1}{(x+3)^2+2^2}dx = \frac{1}{2}\arctan\left(\frac{x+3}{2}\right)$ $\boxed{ I= \ln(x^2+6x+13) -\frac{3}{2}\arctan\!\left(\frac{x+3}{2}\right) +C }$
# 🗓️ Historique
- Dernière MAJ: `06-Novembre-2026`
- Rédigé par: [[Elie NAKHLE]]
%% nav-debut : généré par gen_navigation.py, ne pas modifier à la main %%
> [!nav]
> ↩ [[Analyse et Données/Mathématiques/Intégrales rationnelles/Intégrales rationnelles|Accueil · Intégrales rationnelles]]
>
> | [[Analyse et Données/Mathématiques/Intégrales rationnelles/Cours 1 - Intégrales rationnelles\|← Cours 1 - Intégrales rationnelles]] | |
> |:---|---:|
%% nav-fin %%