Primitives ../../logo

Introduction

Dans tout le chapitre, $a$ et $b$ sont deux réels d'un intervalle $I$ bornes incluses tels que $a\leq b$.
Le but ultime est de calculer des aires que l'on ne serait pas capables de calculer avec des formules. Toutes les formes géométriques sont composées de segments. Ces segments peuvent être découpés en formes connues ( triangles, trapèzes rectagles ...)
Mais lorsque le contour de la forme est une courbe, et que ce n'est pas un arc de cercle, la seule méthode consiste à utiliser les intégrales.
Pour calculer une aire, il faut calculer une intégrale. Pour calculer une intégrale, il faut trouver une primitive.

Définitions

Nous posons une fonction F(x) correspondant à l'aire de la partie en bleu
Primitive :
Soit $f$ une fonction définie sur un intervalle $I$.
On appelle \underline{primitive} de $f$ sur $I$ toute fonction $F$ définie et dérivable sur $I$ vérifiant $$F'(x)=f(x)\quad\text{pour tout } x\in\mathbb{R}.$$
Activite : 30
Considérons la fonction $f$ définie sur $\mathbb{R}$ par $f(x)=3x^2$.
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Propriété
Soit $f$ une fonction définie sur un intervalle $I$ de $\mathbb{R}$, $C$ un réel, $x_0\in I$ et $y_0\in\mathbb{R}$ fixés.

Calculs de primitives

L'objet de ce paragraphe est de présenter quelques techniques simples permettant l'obtention de primitives de fonctions données sur un intervalle déterminé.

Primitives des fonctions usuelles

La lecture du tableau des primitive se fait en lisant celui des dérivées "à l'envers".
Les fonctions $f$ suivantes sont définies, dérivables sur l'intervalle $I$, $n$ est un entier relatif différent de $-1$.
Obtention de primitives par lecture inverse du tableau des dérivées :

\begin{array} \hline \text{f(x)} & \text{une primitive F(x)} & \text{conditions} \\ \hline 0 & & \\ \hline a & & \\ \hline a.x^n & & \\ \hline \dfrac{1}{x^2} & & \\ \hline \dfrac{a}{x^2} & & \\ \hline \dfrac{1}{\sqrt{x}} & & \\ \hline \cos x & & \\ \hline \sin x & & \\ \hline e^x & & \\ \hline \dfrac{1}{x} & & \\ \hline \dfrac{a}{x} & & \\ \hline \end{array}

\begin{array} \hline \text{f(x)} & \text{une primitive F(x)} & \text{conditions} \\ \hline 0 & Constante & I=\mathbb{R} \\ \hline a & ax\ +\ Constante & I=\mathbb{R} \\ \hline a.x^n & \dfrac{a.x^{n+1}}{n+1}\ +\ Constante & I=\mathbb{R} \\ \hline \dfrac{1}{x^2} & -\dfrac{1}{x}\ +\ Constante & I=\mathbb{R}^* \\ \hline \dfrac{a}{x^2} & -\dfrac{a}{x}\ +\ Constante & I=\mathbb{R}^* \\ \hline \dfrac{1}{\sqrt{x}} & 2\sqrt{x}\ +\ Constante & I=\mathbb{R}_+^* \\ \hline \cos x & \sin x & I=\mathbb{R} \\ \hline \sin x & -\cos x & I=\mathbb{R} \\ \hline e^x & e^x & I=\mathbb{R} \\ \hline \dfrac{1}{x} & \ln x & I=\mathbb{R}_+^* \\ \hline \dfrac{a}{x} & a.\ln x & I=\mathbb{R}_+^* \\ \hline \end{array}

Remarque
Pour obtenir toutes les primitives d'une fonction $f$ donnée, il suffit de rajouter une constante.
Activite : 31

Opérations sur les primitives

Tableau des opérations sur les primitives :
$u$ et $v$ sont des fonctions de primitives $U$ et $V$ sur un intervalle $I$.

\begin{array} \hline \text{Forme de la fonction} & \text{une primitive F(x)} & \text{conditions} \\ \hline u+v & & \\ \hline k\times u & &\\ \hline u'~u^n & & \\ \hline u^n & & \\ \hline \dfrac{u'}{u^n} & & \\ \hline \dfrac{a}{u^n} & & \\ \hline \dfrac{u'}{\sqrt{u}} & & \\ \hline \dfrac{a}{\sqrt{u}} & & \\ \hline u' \cos u & & \\ \hline u' \sin u & & \\ \hline u'e^u & & \\ \hline a.e^u & & \\ \hline \dfrac{u'}{u} & & \\ \hline \dfrac{a}{u} & & \\ \hline \end{array}

\begin{array} \hline \text{Forme de la fonction} & \text{une primitive F(x)} & \text{conditions} \\ \hline u+v & U+V & \\ \hline k\times u & k\times U &\\ \hline u'~u^n & \dfrac{u^{n+1}}{n+1} & n\in\mathbb{N} \\ \hline u^n & \dfrac{u^{n+1}}{u'(n+1)} & n\in\mathbb{N} \\ \hline \dfrac{u'}{u^n} & -\dfrac{1}{(n+1)~u^{n+1}} & n\in\mathbb{N}^* \\ \hline \dfrac{a}{u^n} & -\frac{a}{u'}.\dfrac{1}{(n+1)~u^{n+1}} & n\in\mathbb{N}^* \\ \hline \dfrac{u'}{\sqrt{u}} & 2\sqrt{u} & u(x)>0 \\ \hline \dfrac{a}{\sqrt{u}} & 2.a.\sqrt{u}.\frac{1}{u'} & u(x)>0 \\ \hline u' \cos u & \sin u & \\ \hline u' \sin u & -\cos u & \\ \hline u'e^u & e^u & \\ \hline a.e^u & \frac{a.e^u}{u'} & \\ \hline \dfrac{u'}{u} & \ln u & u(x)>0 \\ \hline \dfrac{a}{u} & \frac{a}{u'}.\ln u & u(x)>0 \\ \hline \end{array}

Activite : 32
On cherche à déterminer dans chacun des cas suivant une primitive $F$ de le fonction $f$ sur l'intervalle $I$ :