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Analyse · Tle

Démonstration : la formule d'intégration par parties

La dérivée d'un produit, intégrée entre deux bornes, se réarrange en une formule qui transforme une intégrale difficile en une autre, plus simple.

La démonstration en vidéo

Le vocabulaire à connaître

intégration par parties
La formule ∫ₐᵇ u(x)v′(x) dx = [u(x)v(x)]ₐᵇ − ∫ₐᵇ u′(x)v(x) dx, utile quand la seconde intégrale est plus simple que la première.

Ce qu'on sait

  • Pour u et v deux fonctions dérivables, à dérivées continues, sur [a ; b] : (uv)′ = u′v + uv′.
  • La relation entre intégrale et primitive : ∫ₐᵇ g′(x) dx = g(b) − g(a) = [g(x)]ₐᵇ, pour g de dérivée continue.

La méthode, étape par étape

1.Je pars de la formule de dérivation d'un produit : (uv)′(x) = u′(x)v(x) + u(x)v′(x), valable pour tout x de [a ; b].
2.J'intègre les deux membres de cette égalité entre a et b : ∫ₐᵇ (uv)′(x) dx = ∫ₐᵇ u′(x)v(x) dx + ∫ₐᵇ u(x)v′(x) dx.
3.Le membre de gauche se calcule directement, car uv est une primitive de (uv)′ : ∫ₐᵇ (uv)′(x) dx = [u(x)v(x)]ₐᵇ.
4.J'obtiens donc [u(x)v(x)]ₐᵇ = ∫ₐᵇ u′(x)v(x) dx + ∫ₐᵇ u(x)v′(x) dx.
5.En isolant l'intégrale de u(x)v′(x), j'obtiens la formule d'intégration par parties : ∫ₐᵇ u(x)v′(x) dx = [u(x)v(x)]ₐᵇ − ∫ₐᵇ u′(x)v(x) dx.
Pour u et v dérivables à dérivées continues sur [a ; b] : ∫ₐᵇ u(x)v′(x) dx = [u(x)v(x)]ₐᵇ − ∫ₐᵇ u′(x)v(x) dx, où [u(x)v(x)]ₐᵇ désigne u(b)v(b) − u(a)v(a).
C.Q.F.D.

L'exemple au propre

1.Pour ∫₀¹ x eˣ dx, je pose u(x) = x et v′(x) = eˣ, donc u′(x) = 1 et v(x) = eˣ.
2.∫₀¹ x eˣ dx = [x eˣ]₀¹ − ∫₀¹ eˣ dx = (1 × e¹ − 0) − [eˣ]₀¹ = e − (e − 1) = 1.

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